Температура застывания цементного раствора: Бетон — до какой температуры можно заливать

Содержание

Какая минимальная температура замерзания цементного раствора для кладки?

Давайте по порядку. В состав цементных растворов неизменно входит вода, которая при температуре ниже нуля замерзает, замедляя гидратационное твердение раствора. Образование цементного камня происходит при химическом взаимодействии воды с цементом, при этом вода становится химически связанная и ей мороз не страшен. Та часть воды, которая замерзла не успев прореагировать, при замерзании обращается в лед, что сопровождается расширением системы. Поэтому, начальная прочность раствора обеспечиваемая связанной водой, для предотвращения его разрушения за счет внутренних напряжений при расширении воды, должна быть больше этих напряжений. Поэтому в общем случае температура не должна быть ниже нуля, хотя бы до момента набора начальной прочности. Время набора начальной прочности определяется типом цемента, его составом, водотвердым отношением и наличием пластификаторов и добавок. Оно может быть от нескольких часов до 2 суток.

А вообще цементные растворы химически активны в течение 28 суток, и желательно весь этот период иметь среднесуточную температуру окружающей среды выше +5. Но это возможно не всегда.

Пути решения проблемы при беспрогревочном способе кладки.

Согласно табл. 2 ГОСТ 28013-98, регламентирующему кладочные растворы, предусмотрено повышение температуры раствора для кладки путем его подогревания (добавления теплой воды) в зависимости от типа кладочного материала, температуры окружающей среды и скорости ветра.

Согласно табл. 7 свода проектирования СП 82-101-98 при температуре ниже нуля предусмотрено введение добавок повышающих скорость реакции и сохраняющих жидкую фазу, т.н. катализаторов твердения: нитрита натрия; нитрата кальция с мочевиной; поташа в зависимости от температуры. Возможны их соединения. Но эти добавки для жилых помещений не допускаются.

Еще один путь — добавление пластификаторов на основе лигносульфонатов, редуцирующих воду, что повышает подвижность растворов при уменьшении доли воды, а чем меньше воды, тем плотнее и крепче раствор, меньше вероятность разрушения.

Рынок переполнен такими продуктами, в основном химическими аналогами СП-6.

И наконец добавки ориентированные на снижение температуры замерзания воды в растворе, например аммиачная вода, гидрозим.

В основном добавки имеют комплексное воздействие.

Время схватывания цементного раствора: температура и условия

Многим начинающим строителям знакомо неизбежное появление дефектов на поверхности бетона: мелкие трещины, сколы, быстрый выход из строя покрытия. Причина не только в несоблюдении правил бетонирования, или в создании цементного раствора с неправильным соотношением компонентов, чаще проблема кроется в отсутствии ухода за бетоном на этапе застывания.

Время схватывания цементного раствора зависит от многочисленных факторов: температуры, влажности, ветра, воздействия прямых солнечных лучей и т. п. Важно на этапе застывания увлажнять бетон, это позволит приобрести максимальную прочность и целостность покрытия.


Время схватывания цементного раствора зависит от многочисленных факторов

Общие сведения

В зависимости от того, при какой температуре застывает цемент, отличается и период затвердевания. Наилучшая температура – 20°С. В идеальных условиях процесс занимает 28 суток. В жарких регионах или в холодные периоды года обеспечить данную температуру сложно или невозможно.

Зимой бетонирование требуется по ряду причин:

  • закладывание фундамента под здание, которое располагается на осыпающихся грунтах. В тёплый период года невозможно выполнить строительство;
  • зимой производители делают скидки на цемент. Порой сэкономить на материале можно действительно неплохо, но хранение до наступления тепла является нежелательным решением, ведь качество цемента снизится. Заливание бетоном внутренних поверхностей зданий и даже наружные работы зимой вполне уместны при наличии скидок;
  • частные работы по бетонированию;
  • зимой больше свободного времени и проще взять отпуск.

Недостатком работы в холодное время является сложность копания траншеи и необходимость оборудования места обогрева для рабочих. С учётом дополнительных затрат экономия наступает не всегда.

Особенности заливки бетона при низких температурах

Время застывания цементного раствора зависит от температуры. При низкой температуре время существенно увеличивается. В строительной сфере принято называть погоду холодной при снижении уровня термометра в среднем до отметки 4°С. Чтобы успешно использовать цемент в холода, важно предпринять защитные меры для предотвращения замерзания раствора.


Особенности заливки бетона при низких температурах

Схватывание бетона в условиях низких температур протекает несколько иначе, наибольшее значение на итоговый результат оказывает температура воды. Чем теплее жидкость, тем быстрее протекает процесс. В идеале для зимы стоит обеспечить показатель термометра на уровне 7-15°. Даже в условиях подогрева воды окружающий холод замедляет скорость гидратации цементного раствора. Приобретение прочности и схватывание занимает больше времени.

Для расчёта сколько застывает цемент важно учесть закономерность, что падение температуры на 10° приводит к снижению скорости отвердения в 2 раза. Важно проводить расчёты, так как преждевременное снятие опалубки или эксплуатация бетона может привести к разрушению материала. Если окружающая температура опустится до -4°С и отсутствуют добавки, утеплители или подогрев, раствор кристаллизуется, а процесс гидратации цемента остановится. Конечное изделие утратит 50% прочности. Время застывания увеличится в 6-8 раз.

Несмотря на то, что следует определять, сколько времени застывает бетон, и приходится контролировать процесс твердения, есть обратная сторона – возможность улучшить качество результата. Снижение температуры увеличивает прочность бетона, но только до критической отметки -4°С, хотя процедура и требует больше времени.

Наполнители

Выходом из сложного положения в таких случаях становится добавление наполнителей в эпоксидный состав. Однако следует помнить, что из-за специфики застывания эпоксидных составов с наполнителями (он обычно схватываются быстрее) введение добавок-наполнителей нужно делать в саму эпоксидную основу, до того, как туда вольется отвердитель. Иначе существует риск не успеть использовать мастику-шпатлевку, так как последние ее порции схватятся настолько, что мастер не сможет замазать места, для которых готовили состав.

Из множества субстанций, которых допустимо применить как наполнители для эпоксидной смолы, удобно разобрать похожие по составу и физическим свойствам, чтобы знать, на что ориентироваться при выборе.

  • Аэросил. В аптеках легко купить средство под названием «Полисорб». Представляет оно собой коллоидный диоксид кремния. Он снижает ударную вязкость эпоксидного состава после отверждения, повышает хрупкость. Чрезвычайно тяжело обрабатывается, при попытке зачистить неровности после замазки и застывания швов, в месте трения напильником или наждачной шкуркой тянется, опилки от этого состава не образуются.
  • Древесная пыль (древесная мука). Годится только для склеивания дерева в смеси с эпоксидкой. Увеличивает вязкость эпоксидных составов после застывания, характеризуется плохой адгезией даже для пористых материалов. Шпатлевки на основе древесной муки и эпоксидки плохо поддаются обработке.
  • Тальк. Синонимы — детская присыпка, силикат магния. Для применения в качестве наполнителя для эпоксидных смол тальк нужно прокалить, чтобы избавиться от всегда содержащейся в нем влаги.

Полезно узнать > Как пропитать дерево эпоксидной смолой, как производится обработка

  • Песок (мелкий речной). Отличный наполнитель, с единственным недостатком – образует очень тяжелую шпатлевку. Хорошо обрабатывается шлифовкой или просто шкурением.
  • Цемент. Один из самых лучших сыпучих мелкодисперсных наполнителей. Дает шпатлевку темно-серого цвета, после застывания обладает чрезвычайной твердостью.
  • Двуокись (диоксид) титана. Есть смысл сделать смолу с таким наполнителем, если нужна шпатлевка белого цвета.
  • Алюминиевая пудра. Одно из достоинств этого вещества в качестве наполнителя для шпатлевки – электропроводность и большая прочность получаемой застывшей массы. Она тем выше, чем больше в эпоксидной смоле пудры. После застывания состава создается полное впечатление, что перед нами слиток алюминия.

Таким образом, если не важен цвет заделываемых швов или трещин, цемент для цели приготовить шпатлевку является лучшим вариантом. Дело облегчается еще и тем, что стоимость его невысока, а в строительных магазинах легко купить и небольшое его количество, по крайней мере, мешок в 50 кг покупать нет нужды.

Всем известно, что схватывание цемента происходит только в присутствии воды, и когда его добавляют в эпоксидку, получается чрезвычайно прочный материал. Полное впечатление, что цемент дополнительно схватился. Но постойте, ведь в эпоксидных составах нет воды?

Не все так однозначно: на концах молекул полимера, который образуется в процессе застывания смолы после ее смешивания с отвердителем, могут быть свободные гидроксильные группы. Они и могут сыграть роль добавленной воды. Химический механизм действия несколько иной, чем если это была бы Н2О, но результат получается тот же.

Количество добавляемого в эпоксидный состав цемента зависит от той степени густоты шпатлевки, которую требуется получить. Но не рекомендуется делать цемента в составе такой смеси больше, чем 2 его части на 1 часть эпоксидная смола с отвердителем, иначе после полного застывания есть риск получить очень хрупкий материал, способный к тому же к растрескиванию от перепадов температур. Оптимальное соотношение цемента и эпоксидки будет 1 к 1. После тщательного замешивания компонентов получения однородной массы в нее добавляют отвердитель.

Полезно узнать > Как сделать эпоксидную смолу в домашних условиях

Факторы, влияющие на застывание

На этапе планирования работ с цементом важным фактором, влияющим на конечный результат, является скорость обезвоживания бетона. На процесс гидратации влияют многочисленные факторы, точнее определить сколько застывает цементный раствор можно с учётом факторов:

  • окружающая среда. Учитывают влажность и температуру воздуха. При высокой сухости и жаре бетон застынет всего за 2-3 дня, но ожидаемую прочность он не успеет приобрести. В противном случае он останется мокрым на протяжении 40 дней или больше;


Факторы, влияющие на застывание бетона

  • плотность заливки. По мере уплотнения цемента снижается скорость отдачи влаги, это улучшает процедуру гидратации, но несколько уменьшает скорость. Уплотнять материал лучше с помощью виброплиты, но подойдёт и прокалывание раствора вручную. Если состав плотный, его будет сложно обрабатывать после застывания. На этапе финишной отделки или прокладывания коммуникаций в уплотнённом бетоне приходится использовать алмазное бурение, так как победитовые свёрла быстро подвергаются износу;
  • состав раствора. Фактор достаточно важен, ведь уровень пористости наполнителя влияет на темпы обезвоживания. Медленнее застывает раствор с керамзитом и шлаком, в наполнителе скапливается влага, а отдают её медленно. С гравием или песком состав высыхает быстрее;
  • наличие добавок. Снизить или ускорить этапы затвердевания раствора помогают специальные добавки с влагоудерживающими свойствами: раствор мыла, бетонит, противоморозные присадки. Приобретение подобных компонентов увеличивает сумму работ, но многие присадки упрощают работу с составом и увеличивают качество результата;
  • материал опалубки. Время застывания цемента зависит от склонности впитывать или сохранять влагу опалубкой. Влияние на скорость затвердения оказывают пористые стенки: нешлифованные доски, пластик со сквозными отверстиями или неплотным монтажом. Лучший способ выполнить строительные работы в срок и с сохранением технических характеристик бетона – применять щиты из металла или поверх дощатой опалубки устанавливать полиэтиленовую плёнку.

На то, сколько застывает цементный раствор, также оказывает влияние тип основания. Сухая земля быстро впитывает влагу. При затвердении бетона на солнце время затвердения увеличивается в разы, чтобы предотвратить получение низкой прочности материала следует постоянно увлажнять поверхность и затенять участок.

Факторы, влияющие на твердение

Температура и влажность. Количество воды определяет жесткость смеси, ее подвижность и технологию отвердения монолитов. Ингредиент должен быть чистым, с минимальным содержанием солей кальция и магния.

Температурный диапазон гидратации +5 — +(25-40)0 С зависит от вида и марки цемента.

Вид цементаПредельная температура водыПредельная температура бетонного теста
Глиноземистый2025
Портланд М300-3508040
Портланд М400- 5506035

При большей температуре замеса теряется прочность монолита. Подогревать можно не только воду, но песок или щебень. Подогрев практикуют, если температура окружающей среды опускается до 5-10 градусов, чтобы ускорить схватывание смеси. Температуру контролируют в толще массы, не допуская разогрева до предельных показателей. Для этого при заливке вставляют трубки для замеров на глубине. Площадку сверху охлаждают, применяют увлажнение.

Летнее бетонирование. Наиболее благоприятные условия твердения цементных смесей при температуре 18-22 0 С и 100 % влажности. Чтобы поверхность не растрескалась, поверхность через 12 часов после заливки укрывают от испарения, или смачивают. В теплый сезон днем поливают по 3 раза, ночью раз. В сухую погоду поверхность нужно увлажнять 3-15 суток, в зависимости от марки и вида цемента. Накрытый непроницаемой пленкой массив не поливают. В ветреную погоду и жару увлажняют поверхность плиты как можно чаще, предупреждая растрескивание. Вода на поверхности нагревается, отводя тепло из толщи массива.

Зимнее бетонирование. Реакции гидратации прекращаются при температуре +5 0 С. Вода, замерзая, превращается в лед. В процессе схватывания бетона это недопустимо. Последствиями будет потеря прочности, расслаивание монолита. Поэтому зимняя заливка ведется по специальным технологиям:

  • До затворения вода и песок подогреваются, на строительную площадку доставляют теплый раствор.
  • После заливки обеспечивается подогрев массива доступными способами – электрообогревом, утепляющими матами или шатром.
  • Глиноземистый цемент при схватывании разогревается сильнее, чем портланд, ускоряя процесс гидратации в неблагоприятных условиях.

Длительность электропрогрева 3-8 часов зависит от его интенсивности в технологических пределах. Дальше бетон твердеет самостоятельно, но процесс идет медленно, расчетная прочность набирается за 2-3 месяца.

Качество исходных материалов. Основной составляющей бетона является цемент. Его качество контролируется стандартами. Используется цемент без комочков, свежий. Общим является ограниченное количество в обожженном клинкере оксидов кальция и магния. Они не участвуют в кристаллизации, а значит, бесполезны при твердении.

Используется чистая мягкая вода. Сыпучие материалы не должны содержать глину, растительные остатки. Инертные компоненты в реакции гидратации участия не принимают, но они изначально имеют высокую плотность.

Влияние марки цемента. В стандартных условиях (18-22 0 С) реакции гидратации в зависимости от марки длятся разное время.

Марка бетона, МСхватывание, часы, доТвердение, суток, до
1003,530
2002,525
3002,014
4002.07
5001.04

Строительные смеси высоких марок требуют более интенсивного ухода за поверхностью во время твердения. Это предупредит растрескивание при быстрой усадке. Особенности усадки регулируются использованием марки бетона. Меньшую деформацию дают составы с преобладанием алитов и более мелких фракций заполнителей.

Влияние добавок

Для придания бетону определенных свойств, ускорения или замедления гидрохимической кристаллизации формованного камня применяют химические добавки. По воздействию на строительные растворы их можно разделить:

  • пластификаторы;
  • ускорители и замедлители твердения;
  • гидрофобизаторы;
  • зимние добавки.

Пластификаторы для бетона обеспечивают удобоукладываемость жесткой массы. Присадка способствует лучшему заполнению формы без вибратора. Повышается живучесть бетонной смеси, экономится цемент. За счет свойства пластичности снижается возможность образования трещин.

Ускорители твердения уменьшают время созревания бетона. Ускоряется распалубка, что экономически выгодно. С подобными составами лежалый цемент приобретает большую активность, время схватывания значительно ускоряется, даже при пониженных температурах окружающей среды. Добавки не применяют, если в композиции использован глиноземный цемент или конструкции включают арматуру.

Гидрофобизатор – добавка, перекрывающая микроканалы в плите. Водоотталкивающие свойства бетонного монолита повышают его стойкость при многократном промораживании. Конструкция сохраняет паро- газопроницаемость, но предохраняет помещение от сырости.

Противоморозные добавки превращают воду в солевой раствор, который имеет низкую температуру замерзания. Результат – предотвращение образования льда в только что залитом бетоне.

Искусственное увеличение скорости застывания

Время затвердевания цементного раствора в холодное время сильно увеличивается, но сроки все равно остаются ограниченными. Чтобы ускорить процедуру, разработаны различные методики.


BITUMAST Противоморозная добавка в бетон

В современном строительстве время высыхания можно ускорить с помощью:

  • внесение присадок;
  • электроподогрев;
  • повышение необходимых пропорций цемента.

Использование модификаторов

Самый простой способ выполнить работы в срок даже зимой – применять модификаторы. При внесении определенной пропорции наступает сокращение сроков гидратации, при использовании некоторых присадок происходит твердение даже в -30°С.

Условно добавки, влияющие на скорость затвердения, разделяются на несколько групп:

  • тип С – ускорители высыхания;
  • тип Е – водозамещающие добавки с ускоренным застыванием.

Калькулятор застывания фундамента и отзывы показывают максимальную эффективность при внесении в раствор хлорида калия. Материал расходится экономно, так как его массовая доля составляет до 2%.

Если применять смеси отвердения бетона типа С, стоит позаботиться о подогреве, так как они не защищают от замерзания.


Пластификаторы и добавки для бетона

Рекомендуется позаботиться о прокладке коммуникации в фундаменте или стяжке заранее, иначе потребуется бурение отверстий. Проделывание коммуникационных отверстий после застывания приведёт к необходимости в специальном инструменте и шлифовке бетонной поверхности. Процедура достаточно трудоёмкая и снижает прочность конструкции.

Подогрев бетона

Преимущественно для подогрева состава применяют особый кабель, который преобразует электрический ток в тепло. Методика обеспечивает наиболее естественный путь застывания. Важным фактором является необходимость следования инструкции по монтажу провода. Способ защищает от кристаллизации жидкости, также существуют инструменты (фен, сварочный аппарат) и теплоизоляция для защиты от замерзания.

Увеличение дозировки цемента

Повышение концентрации цемента применяется исключительно при небольшом уменьшении температуры. Увеличение дозировки важно выполнять в небольшом количестве, иначе качество и долговечность значительно снизятся.

Рекомендации

Бетон – многофункциональный состав, из которого можно возвести любые конструкции. В современном строительстве используются самые разные составы цемента и способы его обработки:

  • первым этапом строительства здания является составление схемы и расчёт нагрузки. Прочность и плотность цемента зависит от различных характеристик. Важно соблюсти все правила кладки для получения расчётной прочности;
  • в частном строительстве распространены блоки из цемента и опилок. Они улучшают теплоизоляционные свойства, снижают нагрузку на фундамент, позволяют легко и быстро укладывать стены. Их можно изготавливать самостоятельно. Цементно-стружечные плиты для пола формируются по аналогичному алгоритму с блоками;
  • во влажных помещениях есть необходимость в дополнительной защите бетона. Используется специальная краска для цементного раствора, так как стандартные смеси не покрывают бетонную стену полностью;
  • одной из самых востребованных и частых процедур работы с раствором является стяжка. Пропорции цемента и песка для стяжки отличаются в зависимости от поставленной задачи.

Этапы застывания цементного раствора

Выделяют два основных этапа данного процесса. Первый называется схватывание, он занимает от 2 до 24 часов, в зависимости от свойств цементной смеси и температуры окружающей среды. Последний фактор наиболее важен: сколько времени сохнет раствор цемента с песком и как долго придется ждать до момента, когда процесс схватывания подойдет к концу, во многом зависит именно от температуры. Оптимальным считается, когда в помещении или на улице температура достигает 20–22 градусов по Цельсию, в этом случае схватывание произойдет в течение 2–10 часов. При температуре около 0 градусов ждать придется от 18 до 24 часов.
Второй этап называется отвердением, он занимает порядка 1 месяца, именно по истечении этого срока бетон приобретет нужную прочность. Таким образом, только через 30 дней можно говорить о том, что цемент полностью застыл.

Кладка кирпича при минусовых температурах

Сегодня мы подготовили статью на тему: «кладка кирпича при минусовых температурах», а Анатолий Беляков подскажет вам нюансы и прокомментирует основные ошибки.

Кладка кирпича зимой при минусовой температуре: рекомендации специалистов, технологические особенности зимней кладки

Очень часто рабочим приходится сталкиваться с ситуацией завершения строительства в условиях трескучих морозов, что особенно актуально для северных регионов страны. Такая погода радует многих, но не заказчика и строителей, поскольку возведение здания необходимо заканчивать в срок, с должным качеством исполнения в любых условиях. Как же сделать качественную кладку кирпича, если за окном минусовая температура и длительного потепления не ожидается?

Мнение квалифицированных специалистов вселяет добрую надежду основательными утверждениями о возможности продолжения или завершения каменных работ в такой ситуации. Осуществление кладки кирпича возможно в любую погоду, при условии соблюдения специальных технологий и учёта определённых нюансов. Рассмотрим подробнее особенности кирпичной кладки в мороз.

Определяющая все проблемы трудность зимней кладки заключается в замерзании цементной массы, вернее воды, содержащейся в ней. Это нарушает нормальные процессы гидратации и прочность раствора теряет примерно четверть от требующейся нормы. Такое обстоятельство приводит к неполноценному сцеплению строительных элементов, что напрямую отражается на общей устойчивости здания. Она снижается, а это может повлечь неприятные, печальные последствия.

Нет тематического видео для этой статьи.

Видео (кликните для воспроизведения).

Кроме того, перепад температуры и влажность повлекут:

— разрушение структуры кирпичей от процесса замерзания влаги в них;

— образование тонкой ледяной корки на поверхностях соединяемых элементов;

— формирование многочисленных пустот в застывшем растворе после нормализации температуры.

Нахождение, а тем более проживание в таком доме становится опасным.

Внимание! Если грамотно соблюдать некоторые «зимние» принципы клади кирпича, то проблем с качественным строительством не возникнет и сооружение будет надёжным!

Цементный раствор, применяемый для «зимней» кладки кирпича, обладает незначительными отличиями от «летней» смеси. Пропорции сохранены те же, но добавляются специальные присадки. Эти добавки препятствуют замерзанию воды, обеспечивая необходимый уровень устойчивости к понижениям температуры. Выбирать такие модификаторы необходимо основательно, поскольку каждый из них обеспечивает толерантность к небольшому диапазону отрицательной температуры.

Посмотрите видео как делать замес кладочного раствора в мороз

Однако, использование присадок недопустимо в строительстве жилых построек, так как они содержат токсические соединения, очень вредные для человека. Поэтому препятствующие замерзанию добавки вносят в цементный раствор фундаментов или кладочную смесь для нежилых и вспомогательных строений. Каждый рабочий при этом должен пользоваться защитными средствами, приспособлениями и спецодеждой.

Некоторые строители, с целью экономии средств, вводят в раствор жидкое мыло. Этот компонент снижает общее количество воды в растворе. После оттаивания мыльный состав не влияет на гидратацию цемента, зато существенно уменьшается количество пустот, расслоений и растрескиваний кирпича.

Кроме применения противоморозных присадок существует ещё ряд действенных способов, позволяющих строить кирпичные здания в мороз. Ознакомимся с наиболее используемыми и доступными технологиями.

1. Электроподогрев раствора – предусматривает обустройство в создаваемой кладке системы металлических электродов, которые будут подогревать твердеющий раствор и кирпичи. В промежутках между ними будет создаваться контролируемое электрозамыкание с выделением достаточного количества тепловой энергии.

Технология строительства заключается в равноудалённом размещении (шахматный порядок) металлических прутов с шагом 21,0–23,0 см в каждом втором горизонтальном слое раствора. Затем, выступающие концы электродов соединяются в изолированную систему – один слой – один электрический полюс. Таким образом, получится равномерное чередование электрической подводки по всей площади стены, толщина которой будет определять величину подаваемого тока. Например, подключённое напряжение в 220 вольт будет разогревать стену толщиной в полтора метра до + 3о градусов. Следовательно, для нормального прогрева 50,0 сантиметровой стены нужно подвести около 74 вольт. Однако, точный расчёт должны проводить специалисты, с учётом всех особенностей и характеристик материалов.

Контакт будет происходить по раствору и влажным участкам кирпичей. Эти места начнут постоянно подогреваться, а тепло равномерно распространяться по площади всей кладки, образуя комфортный оазис для нормальной гидратации (затвердевания) фиксирующего состава.

Пояснение! Электроподогрев необходим лишь на время достижения 22% марочной прочности цементного раствора. Как правило, это 6–7 суток!

Метод имеет некоторые недостатки:

— нужен грамотный, точный предварительный расчёт всех параметров;

— энергетическая затратность, создающая немалые дополнительные финансовые потери;

— постоянный контроль за электродной системой и уровнем прогревания;

— максимально защищённый от поражения током, специально обученный персонал.

2. Кладка в термосах – технология основана на максимально длительном удержании собственного тепла, выделяемого при химических реакциях в цементном растворе, термоизоляционным покрытием. Его достаточно, чтобы вести кирпичную кладку в условиях минимального холода (до -5 градусов).

Чтобы обеспечить весомый температурный задел, непосредственно перед размещением каждый кирпич разогревается паяльной лампой, специальной газовой горелкой или аналогичными приспособлениями. Вид материала не является определяющим для работы. Можно так укладывать двойной силикатный, клинкерный облицовочный, «красный», обыкновенный полнотелый и другие разновидности кирпича.

Во время работы, через каждые три (можно через четыре) слоя, кладка закрывается теплоизолирующим материалом. Защищённые таким методом участки стены будут долго осуществлять самосогревание.

«Термосная» технология проста в исполнении, не нуждается в особенных знаниях, использовании защитных средств, дополнительных расходах и большом практическом опыте.

К минусам можно отнести лишь:

— возможность строительства при незначительном морозе;

— приобретение вспомогательного оборудования;

— малую скорость строительства, поскольку работник вынужден тратить время на достаточный прогрев каждого кирпича.

Хотя, можно подрядить специальных помощников и тогда последнюю пару недостатков можно предельно минимизировать.

Нет тематического видео для этой статьи.
Видео (кликните для воспроизведения).

3. Замораживание раствора – наиболее приемлемый, эффективный и экономичный метод зимней кладки, заключающийся в использовании специально подготовленного раствора. Он зимой замерзает, а весной, по мере оттаивания, схватывается и надёжно застывает с сохранением всех необходимых свойств.

Для выполнения кладки применяются особенные пластичные цементные растворы, параметральной марки не ниже М-10 без посторонних добавок.

Принцип способа основан на использовании в замесе тёплой воды и изменении значения марки в зависимости от наличествующей температуры.

Последовательность такова:

— температура до -3-х градусов Целься – марка раствора остаётся без преобразований;

— среднесуточное значение до -20 С – марку нужно повысить на 1 ступень;

— если установились морозы ниже -20 С – марка цементного раствора увеличивается на 2 ступени.

Такая методика замены раствора нужна для более надёжной прочности «созревшей» кладки. Значение температуры используемого раствора имеет непосредственную зависимость от окружающей температуры.

Важно! Необходимо делать замес малыми порциями, чтобы он не успел остынуть и замёрзнуть за пределами кладки!

При рассматриваемом способе кладки требуется соблюдение некоторых условий:

— в месте состыковочного контакта стен устанавливаются связующие металлические полоски;

— после строительства каждого этажа необходимо прочно связывать между собой стены поперечными балками;

— на участках соединения, дополнительно построенных по методике «замораживания раствора» (новых), стен формируются осадочные швы;

— над оконными и дверными проёмами оставляется вспомогательный осадочный зазор;

— максимально допустимая высота стен составляет 15,2 м;

— требуется укрепление стен в поперечном направлении посредством специальных подкосов;

— при осуществлении кладки допустимо использовать только подогретый раствор, а также очищенные от грязи и наледи кирпичи;

— нужно применять согревающее (тепловое) оборудование.

Несмотря на множество преимуществ, методика требует существенных материальных и физических затрат. Кроме этого, постройка даёт неравномерную усадку – весной оттаивает раньше солнечная стена, затем боковые части и в конце – задняя (теневая) сторона. При скрупулёзном соблюдении технологии, усадка не превысит 2,0 мм на метр стеновой высоты, а что является допустимым параметром.

Совет! Для повышения эффективности метода, рекомендуется возвести крытую «времянку» из досок и полиэтиленовой плёнки. В ней размещается тепловая пушка, которая в морозную погоду будет предварительно подогревать кирпичи!

Разумеется, кладка кирпича в зимнее время нуждается в больших энергетических, физических и финансовых затратах. Если начавшаяся стройка не может подождать три месяца, то продолжить её можно с применением одной из вышеописанных методик при условии точного выполнения технологических нюансов. Главное – это соблюдение всех правил и норм, для гарантированного обеспечения безопасности всем будущим жильцам!

Обычно все строительные работы ведутся в теплое время и неспроста. Это связано с особенностями затвердевания раствора, сложностью проводимых работ. Ведь не всем по силам копать для траншеи под фундамент мерзлый грунт, да и вода на морозе замерзает. А этот компонент строительных смесей, в частности, она входит в состав цементного раствора.

Из-за ряда сложностей редко кто решается возводить жилье при минусовой температуре. Но, если строительство объекта неизбежно надо выполнять в зимнее время, то это выполнимо. Надо лишь придерживаться определенных правил и знать нюансы затвердевания раствора при разных температурах.

Качественная кирпичная кладка выполняется только при плюсовых температурах и нормальной влажности воздуха. Чем ниже показатель на градуснике, тем хуже твердеет цементный раствор, а при минусовых значениях этот процесс приостанавливается.

Как использовать кирпич строительный одинарный полнотелый м 150 можно узнать из данной статьи.

При низких температурах вода, содержащаяся в цементном составе, может замерзнуть и превратиться в лед. Поэтому ни о каком взаимодействии химических компонентов не может быть и речи.

Каков размер одинарного кирпича, указано в данной статье.

Если же реакция успела произойти до заморозков и раствор держит кладку, может оказаться, что он не затвердел, так как ему помешала все та же вода, превратившаяся в лед. Из-за ее формы он потерял свою привычную пластичность, и швы между кирпичами плохо уплотнились. После оттаивания и затвердевания цементного состава прочностные характеристики кирпичной кладки заметно понижаются.

Даже при низких положительных температурах время затвердевания раствора увеличивается в четыре раза, что уж говорить об отрицательных. Он просто схватывается и замерзает. Но с приходом теплого периода начинает размораживаться и терять свои прочностные характеристики. Если температура воздуха поднимается постепенно, то через неделю они у него восстанавливаются полностью. Естественно, их показатели будут ниже кладки, произведенной летом, но смогут оставаться на должном уровне.

На видео рассказывается, при какой температуре можно класть кирпич:

Каков расход цемента на кладку кирпича, можно узнать в данной статье.

Проблемы кладки кирпича в зимнее время:

  • состояние воды в растворе принимает форму льда, из-за этого он увеличивается в объеме на 10%, а при оттаивании опять уменьшается, вызывая этим усадку всей конструкции;
  • сложности при сохранении прочности кладки;
  • при нестабильной температуре, которая наблюдается в холодные периоды, есть вероятность, что по зданию пойдут трещины из-за создавшихся в растворе пустых пузырьков;
  • кирпич может покрыться инеем, этому способствуют все те же температурные изменения;
  • снижение качества кладки в сравнении с аналогичным показателем в летнее время;
  • потеря части вяжущих свойств из-за льда, образованного в растворе и инея застывшего по всей ширине кирпиче. При плюсовой температуре они начнут таять и сцепление между ними заметно ухудшится.

Эти и другие особенности надо учитывать, при решении выполнять кирпичную кладку зимой.

Как уже стало понятно главные опасения связаны с цементным раствором. Наиболее сильно подвержен температурным изменениям именно его состав. Поэтому сразу нужно оговориться, что для таких целей выбирается раствор, который имеет следующие особенности:

  • в нем должны содержаться противоморозные добавки. Они повышают температуру цементного состава и предупреждают его застывание. С их помощью застывание может происходить и при -50°С;
  • подвижность цементного раствора лежит в пределах 10-13 см по конусу;
  • бетонная смесь должна удобно укладываться и быть пластичной;
  • после укладки надо регулярно проводить проверку застывания раствора. Для этих целей в кладке делаются небольшие углубления, в которые периодически помещается градусник. По его показаниям контролируется температура смеси.

На видео рассказывается, можно ли класть кирпич при минусовой температуре:

Каков расход цемента на 1 куб кирпичной кладки, указано в данной статье.

Технология кирпичной кладки в зимнее время та же самая, что и в летнее. Она заключается в укладке кирпича на постель из цементного раствора, но вот способы ее выполнения совершенно разные. Для успешной кладки в зимнее время существует несколько методов:

  • устройство тепляка;
  • использование противоморозных добавок;
  • электроподогрев;
  • метод термоса;
  • замораживание.

Все эти способы обеспечивают надежную и прочную кладку кирпича. При более детальном их рассмотрении станет понятно, за счет чего это происходит.

О том какой размер у полуторного красного кирпича указывается в данной статье.

Это эффективный способ. Но он предусматривает проведение подготовительных работ. Для его выполнения необходимы рейки и обычный рулонный полиэтилен. С помощью реек вокруг начатого строительства возводится каркас, на который крепится выбранный теплоудерживающий материал и создается воздушное пространство.

Оно обогревается переносными печами, электронагревателями и другими обогревательными устройствами. За счет такого приема кирпич и раствор находятся в условиях с приемлемой температурой, хорошо скрепляются между собой и быстрее застывают. Но тепло внутри самодельного каркаса надо поддерживать несколько дней, из-за этого обязательно проводится регулярные проверки состояния обогревателя.

Как правильно использовать кирпич облицовочный полуторный, можно узнать прочитав статью.

Такой способ имеет один заметный нюанс – с помощью него сложно обогреть целый дом. Чаще всего его применяют для возведения только какой-то одной части кладки.

Их введение в раствор позволяет снизить температурный показатель замерзания воды в нем, поэтому при их применении он способен даже при морозе набрать нужную прочность.

В качестве добавок используются составы из хлористого натрия, калия, нитрата натрия и углекислого калия.

Последние два вида допускается использовать без последующего подогрева. На момент их использования температура цементной смеси должна быть не ниже 5°C. Если получилось, что раствор с добавками замерз, а его не успели использовать, то нельзя его разогревать горячей водой, лучше замесить новую порцию. Возведение кладки таким составом осуществляется до момента его схватывания с кирпичом.

Каков состав керамического кирпича, указано здесь.

Широко распространенный метод. Он заключается в укладке кирпича на подогретый раствор. После возведения кирпичной конструкции происходит остывание раствора, и он замерзает. Окончательное затвердевание цементного состава происходит весной при оттаивании. При этом оно сопровождается существенной усадкой построенной кирпичной конструкции и это может привести к разрушению зданий, которые имеют высоту более 15 метров.

Суть процесса заключается в следующем: на подготовленный для кладки участок наносится подогретый до высокой температуры состав. Поддержание его температурного режима осуществляется при помощи механизма подогрева цистерны.

После доводки цементной смеси до нужной температуры ее надо использовать очень быстро буквально в течение получаса. Укладка производится по классической технологии. Примечательно, что такой раствор обеспечит кирпичную конструкцию прочностью еще до его полного замерзания.

Каковы размеры огнеупорного шамотного кирпича, рассказывается в содержании данной статьи.

При этом методе необходимо придерживаться нескольких правил:

  • Температура раствора должна быть одинакова по всему периметру. Если это требование не выполнить, то при оттаивании дом деформируется, а со временем он может вообще обрушиться.
  • Этот метод можно применять при минимально допустимой температуре – 30°C.
  • Замерзший раствор нельзя разбавлять горячей водой. Во время замерзания кладки, выполненной из этого состава, на швах будут образовываться поры, в которых ранее находился лед, а это приводит к потере нужной прочности.

Иногда для надежного исполнения кладки все здание, возведенное методом замораживания, нагрев производится стационарными системами обогрева. Повышение температуры до 30°C приводит к тому, что кладка оттаивает за трое суток, и раствор начинает затвердевать. После этого стены сушат с помощью строительных вентиляторов.

При оттаивании отдельно стоящие конструкции, выполненные подобным образом, могут потерять свою устойчивость, чтобы избежать этого их необходимо зафиксировать временными опорами.

Простой способ, обеспечивающий затвердевание раствора, при котором создается нужная температура. При нем используется тепло самого кирпича. Чтобы использовать его кирпичи укладываются порциями, и каждая уложенная часть покрывается термоизоляцией. Такой прием не дает кирпичам потерять тепло и продлевает схватывание его с раствором.

Некоторые строители прогревают материал перед укладкой, и тогда тепло, выделяемое таким кирпичом, исключает застывание воды в растворе. Сразу после выполнения работ, возводимые стены утепляют подручными материалами способными сохранять тепло.

Способен помочь при возведении части стены, для его проведения требуются определенные знания и опыт работы с электрооборудованием. При кирпичной кладке в раствор горизонтально устанавливаются электроды, питание которых осуществляется от электросети. При нагревании они отдают свое тепло раствору и кирпичам.

Это приводит к нормальному затвердеванию цементного состава, но при условии, что все вертикальные швы такой кладки хорошо заполнены. Если нет специальных электродов, то применяется проволока. Используют ее в диаметре от 0,3 до 6 мм. Выбор этого параметра зависит от источника тепла и предполагаемой схемы прогрева.

Расход электроэнергии на 1 м 3 может доходить до 175 кВт/ч, из них 75% уходит на обогрев кирпича, а это, по сути, пустая трата, ведь следует тщательней прогревать раствор.

Для обогрева такой кладки применяются нефтегазовые калориферы и электрообогреватели. Стержневые электроды должны обеспечивать температуру не ниже +10°С. Их укладывают с шагом в 20 см, к ним подводят напряжение равное 40-60 В. Оно обеспечит нужный обогрев и кристаллизация цементной смеси значительно ускоряется, в среднем на 20%. Это способ широко используется, но потребляет много электроэнергии.

Какой бы способ ни был выбран, главное, сразу подготовить все нужные материалы и оценить предполагаемые затраты. Раствор следует готовить небольшими порциями, так как потом после его затвердевания нельзя будет его развести. С помощью таких методов даже зимой можно обеспечить нормальную кирпичную кладку и построенный таким образом дом будет ничуть не хуже, чем летний вариант.

Варианты кладки кирпича при отрицательных температурах

Если начато строительство дома, то очень сильно хочется, чтобы закончилось оно побыстрее. Настолько сильно, что и в мороз готовы работать, обрабатывая стены или оборудуя крышу. Вопрос в том, насколько эти желания соответствуют возможностям.

Кирпичная кладка зимой требует не только мастерства каменщика, но и наличия определенного инструментария.

Поведение кладочного раствора при минусовой температуре

В классическом варианте для кладки обязателен цементный раствор. Его главные составляющие: цемент, песок и вода. И если первым двум компонентам абсолютно без разницы, когда их смешивают — зимой или летом, то с водой дело обстоит иначе.

Таблица показателей прочности растворов с добавками при отрицательных температурах.

Вода при отрицательных температурах замерзает. Будет замерзать она и в приготовленном растворе, превращаясь в лед и значительно снижая его вяжущее свойства, поскольку обмена влагой между раствором и кирпичом практически не будет.

Но это еще не все беды: замерзая, вода будет расширяться в объеме, а вместе с ней будет расширяться и раствор. Объем такого раствора увеличивается приблизительно на 9%, но прочность примерно на столько же уменьшится, так как раствор станет более рыхлым. Чем ниже минусовая температура, тем быстрее будет замерзать в растворе вода, тем больше прочности потеряет кирпичная кладка.

Причем до полного своего замерзания она будет перемещаться из более теплых в более холодные зоны, образуя вокруг уложенного кирпича ледяную корку, тем самым не позволяя полностью уплотниться шву. Прочность такой кладки при сильных морозах может быть почти нулевой.

При наступлении тепла вода оттаивает и возвращается в свое обычное состояние, размягчая затвердевший раствор. Но первоначальная структура раствора после оттаивания восстанавливается не полностью, поэтому надежды на возобновление его вяжущих свойств после оттаивания воды практически нет. В зависимости от марки цемента и температуры, при которой выполнялись работы, положенная зимой кирпичная кладка может потерять до половины своей расчетной прочности.

Схема кирпичной кладки.

Чтобы избежать негативных последствий при кладке кирпича на морозе, разработано несколько способов, позволяющих раствору сохранять свои вяжущие свойства на срок, достаточный для того, чтобы кладка схватилась:

  • кладка замораживанием;
  • противоморозные добавки;
  • кладка в термосах;
  • электроподогрев.

Каждый из этих способов имеет свои особенности и свой предел температуры, ниже которого кладку проводить нельзя.

Фактически это обычная кладка кирпича, только выполняющаяся на подогретом растворе. Для такой кладки нужно использовать только очищенные от снега и льда кирпичи.

Для приготовления раствора в зимний период следует использовать теплую воду.

Процесс выполнения этой кладки имеет свою специфику. Главное при такой кладке — успеть уложить кирпич до замерзания раствора. Раствор лучше всего готовить в обогреваемом помещении, а на строительную площадку доставлять уже подогретым.

Если это невозможно из-за больших расстояний, то раствор можно приготовить на месте используя нагретую до 80ºС воду или же подогретый до 60ºС песок. Готовить такой раствор в больших количествах занятие бессмысленное, поскольку он застынет неиспользованным, а разогреть его обратно, добавляя горячую воду, не получится. Вода только добавит раствору заполненных льдом пор, уменьшая тем самым и без того невысокую прочность. При приготовлении раствора в помещении его еще можно спасти, возвратив обратно в тепло, а если нет такой возможности, то раствор придется выбросить.

Раствор наносится только на один кирпич, укладка все время ведется вприжим. При выгонке последнего ряда одновременно с укладкой кирпича заполняют раствором и вертикальные швы. Такая кладка изначально может быть даже прочнее летней кладки, поскольку прочность она набирает за счет замерзания кладочного раствора, а не за счет его затвердевания.

Примеры кладок из кирпича.

Однако по мере оттаивания такая кладка теряет до 20-30% расчетной прочности. В дальнейшем на протяжении месяца этот показатель будет уменьшаться, поскольку в оттаявшем растворе будет происходить уже обычный процесс набора прочности. Окончательная прочность такой кладки будет 80-95% от обычной, что можно считать вполне удовлетворительным результатом.

Но у такой кладки, помимо недобора прочности, есть еще один негативный момент. При оттаивании раствора такая кладка неизбежно дает усадку. При правильно выдержанной технике кладки усадка будет не больше 2 мм на 1 м высоты, что серьезного вреда зданию не принесет. Но при выполнении кладки усадку нужно учитывать изначально, делая проемы на 5 мм больше, чем при обычной кладке. При усадке этот зазор исчезнет, а целостность конструкции останется ненарушенной.

Но в этом процессе есть один важный нюанс. Осадка здания происходит по мере оттаивания кладки, т.е. сначала оттаивает и опускается южная сторона задания, затем — восточная и западная, и последней — северная. Если здание отапливается изнутри, то осадка будет идти от внутренней стороны стен к наружной, причем в местах больших нагрузок на стену она будет происходить быстрее. Для самих кирпичных стен это небольшая проблема, а вот установленным в них дверным и оконным коробкам, а также возведению крыши грозит серьезная деформация.

Чтобы обезопасить такую кладку от возможных подвижек в период оттаивания, в ее углы и в места связки перестенков усиливают заанкерированными арматурными стержнями. Если стены или перестенки тонкие, их с двух сторон подпирают временными распорками. Дверные и оконные коробки дополнительно усиливают деревянными или железными стойками. После оттаивания временные крепления снимают, но не раньше чем через 12 суток после его окончания.

При использовании этого способа в готовящийся раствор добавляют химические добавки. При минусовых температурах в растворе с такими добавками скорость замерзания воды замедляется в несколько раз, а сам раствор быстрее схватывается. Сам же раствор нисколько не теряет при этом своих качеств.

Но подавляющее большинство таких добавок ядовиты, поэтому работать с ними без надежных средств защиты нельзя. Да и с защитными средствами нужно соблюдать предельную осторожность. Наиболее часто в раствор добавляют нитрит натрия или поташ.

Для того, чтобы понизить температуру замерзания в растворе, обязательно применяют противоморозные добавки.

Если температура воздуха не опустилась ниже минус 15ºС, то лучше использовать раствор с добавкой нитрита натрия, добавив его в количестве 5% от массы используемого для приготовления раствора цемента. Работать с таким раствором можно от 1,5 до 3 ч, в зависимости от температуры воздуха.

При морозах ниже 15ºС, но не больше 30°С в раствор добавляют поташ. Добавляют его от 5 до 10% от массы использованного цемента. Чтобы раствор медленнее схватывался, в него добавляют сульфитно-дрожжевую бражку. Но даже с ее использованием время пригодности к работе у такого раствора не превышает 1 ч. Однако растворы с добавлением поташа вызывают коррозию силикатов, поэтому такой раствор нельзя использовать при кладке силикатных кирпичей.

Понизить температуру замерзания раствора может и добавление дешевой поваренной соли (NaCl), поскольку она имеет в своем составе натрий. Но ее использование неизбежно приведет к появлению на стенах белого налета, так называемого высола, избавиться от которого порой труднее, чем качественно выгнать кирпичную кладку. Поэтому использовать такую добавку можно только в кладке хозяйственных построек, внешнему виду которых не придают большого значения.

Термос как метод кладки основан на изменении методики работы. Он опирается на тот общеизвестный факт, что цементный раствор всегда выделяет определенное количество тепла. В обычных условиях этого тепла достаточно, чтобы без особых проблем вести кирпичную кладку при температуре в 3-5ºС.

Чтобы раствор для кладки не остыл слишком быстро, рекомендуется использовать термоизоляционное покрытие.

Чтобы отодвинуть вниз указанный порог температуры, непосредственно перед установкой кирпич разогревается. Причем этот способ подходит практически для любого вида кирпича — от обыкновенного полнотелого до двойного силикатного и клинкерного облицовочного. В бытовых условиях чаще всего для подогрева используют обыкновенную паяльную лампу. Можно использовать и газовую горелку, но при низких температурах сжиженный в баллонах газ может плохо гореть.

Через каждые 3-5 рядов уложенная этим способом кладка накрывается теплоизоляционным слоем. Укутанная таким образом кладка из подогретого кирпича еще долго будет греть саму себя. Такой способ прост в исполнении, не требует специальных техник и защитных средств, поэтому с ним легко справится каждый мастер-«самоделкин», если по каким-то причинам ему придется выполнять кладку на морозе. Единственное, что без разогревающего кирпичи помощника работа будет двигаться очень медленно.

Подогрев кладки используют тогда, когда кладку способом замораживания осуществить невозможно, а при использовании противоморозных добавок выгоняемая конструкция не сможет быть достаточно прочной.

Схемы различных видов электропрогрева: а — кирпичной стены, б- кирпичного столба: 1 — электрическая сеть, 2- пластинчатые электроды, 3- отпайки, 4- провода, 5 — стальная сетка.

Зимняя кладка кирпича с использованием электроподогрева предусматривает создание в выполняемой кладке электрического поля. Для этого в швы кладки укладываются полосовые электроды. Довольно часто вместо них выбирают более простой вариант, используя в качестве электродов металлическую армирующую сетку.

К сетке или электродам от сети в 220В подключается электрический кабель. Электрический ток, проходя по электродам, передается влажному раствору и нагревает его до температуры в 30-35º. От нагретого раствора тепло передается уложенным кирпичам, создавая на время среди зимы внутри стены маленький теплый оазис.

Электроподогрев оставляют включенным до тех пор, пока раствор не наберет минимум 20% от марочной прочности. При использовании электроподогрева получается, что каждый последующий кирпич укладывается на подогретое основание. Кладка в таком оазисе может спокойно застывать, при этом раствор в ней при включенном электрическом поле не замерзает.

Но этот метод требует от исполнителей во время работы строго соблюдать правила безопасности при работе с электрическими проводами. Изоляция электрического кабеля должна быть безукоризненной, а работы нужно выполнять в резиновых сапогах и перчатках.

Помимо электроподогрева, для кладки при минусовых температурах используют и другие способы: парообогрев и воздухообогрев. Оба эти способа требуют дополнительного устройства ограждения — тепловой рубашки, которая заключает в своеобразный кокон часть кладки.

Парообогрев осуществляется с помощью подающегося на кладку теплого пара, а воздухообогрев — с помощью нагнетающего теплый воздух калорифера. Но оба способа слишком сложны в исполнении и слишком дорогостоящие, поэтому используются в основном при строительстве промышленных объектов.

Частные застройщики их почти не используют, предпочитая способы попроще. Выполняя кирпичную кладку при минусовых температурах, независимо от того, какой способ вы выбрали, всегда нужно помнить две вещи. Во-первых, все выполненные в зимнее время кладки теряют определенный процент своей прочности, поэтому для компенсации этих потерь выполнять их нужно на растворах на 1 или даже 2 марки выше проектной.

Во-вторых, во время зимних кладок нужно намного тщательнее, чем в летнее время, контролировать качество укладываемого кирпича.

После замерзания раствора исправить что-либо в кладке будет уже невозможно.

Особенно это касается кладок, выполняемых методом замораживания, где раствор замерзает через 20-30 минут после его укладки.

Кладка при низких температурах — вещь утомительная и неприятная в чисто физиологическом плане. Ведь если объемы кладки большие, то приходится работать целый день на морозе, рискуя серьезно заболеть. Все перечисленные способы греют кладку, но не работающего каменщика. Поэтому, если есть малейшая возможность перенести кладку до наступления тепла, то лучше так и поступить.

Все равно уложенная зимой кладка должна оттаять и пройти довольно длительный процесс набора прочности, так что много времени от такой задержки вы не потеряете. Зато свои нервы, силы и, что немаловажно, здоровье сбережете.

Автор статьи: Анатолий Беляков

Добрый день. Меня зовут Анатолий. Я уже более 7 лет работаю прорабом в крупной строительной компании. Считая себя профессионалом, хочу научить всех посетителей сайта решать разнообразные вопросы. Все данные для сайта собраны и тщательно переработаны для того чтобы донести в удобном виде всю требуемую информацию. Однако чтобы применить все, описанное на сайте желательно проконсультироваться с профессионалами.

✔ Обо мне ✉ Обратная связь Оцените статью: Оценка 3 проголосовавших: 22

сколько сохнет кирпичная кладка на улице

Обычно все строительные работы ведутся в теплое время и неспроста. Это связано с особенностями затвердевания раствора, сложностью проводимых работ. Ведь не всем по силам копать для траншеи под фундамент мерзлый грунт, да и вода на морозе замерзает. А этот компонент строительных смесей, в частности, она входит в состав цементного раствора.

Из-за ряда сложностей редко кто решается возводить жилье при минусовой температуре. Но, если строительство объекта неизбежно надо выполнять в зимнее время, то это выполнимо. Надо лишь придерживаться определенных правил и знать нюансы затвердевания раствора при разных температурах.

Выбор времени года

Качественная кирпичная кладка выполняется только при плюсовых температурах и нормальной влажности воздуха. Чем ниже показатель на градуснике, тем хуже твердеет раствор для кирпично кладки, а при минусовых значениях этот процесс приостанавливается.

Как использовать кирпич строительный одинарный полнотелый м 150 можно узнать из данной статьи.

При низких температурах вода, содержащаяся в цементном составе, может замерзнуть и превратиться в лед. Поэтому ни о каком взаимодействии химических компонентов не может быть и речи.

Каков размер одинарного кирпича, указано в данной статье.

Если же реакция успела произойти до заморозков и раствор держит кладку, может оказаться, что он не затвердел, так как ему помешала все та же вода, превратившаяся в лед. Из-за ее формы он потерял свою привычную пластичность, и швы между кирпичами плохо уплотнились. После оттаивания и затвердевания цементного состава прочностные характеристики кирпичной кладки заметно понижаются.

Даже при низких положительных температурах время затвердевания раствора увеличивается в четыре раза, что уж говорить об отрицательных. Он просто схватывается и замерзает. Но с приходом теплого периода начинает размораживаться и терять свои прочностные характеристики. Если температура воздуха поднимается постепенно, то через неделю они у него восстанавливаются полностью. Естественно, их показатели будут ниже кладки, произведенной летом, но смогут оставаться на должном уровне.

Каков размер красного облицовочного кирпича, указано в статье.

На видео рассказывается, при какой температуре можно класть кирпич:

Каков расход цемента на кладку кирпича, можно узнать в данной статье.

Проблемы кладки кирпича в зимнее время:

  • состояние воды в растворе принимает форму льда, из-за этого он увеличивается в объеме на 10%, а при оттаивании опять уменьшается, вызывая этим усадку всей конструкции;
  • сложности при сохранении прочности кладки;
  • при нестабильной температуре, которая наблюдается в холодные периоды, есть вероятность, что по зданию пойдут трещины из-за создавшихся в растворе пустых пузырьков;
  • кирпич может покрыться инеем, этому способствуют все те же температурные изменения;
  • снижение качества кладки в сравнении с аналогичным показателем в летнее время;
  • потеря части вяжущих свойств из-за льда, образованного в растворе и инея застывшего по всей ширине кирпиче. При плюсовой температуре они начнут таять и сцепление между ними заметно ухудшится. 

Эти и другие особенности надо учитывать, при решении выполнять кирпичную кладку зимой.

Проведение работ при минусовых показателях

Как уже стало понятно главные опасения связаны с цементным раствором. Наиболее сильно подвержен температурным изменениям именно его состав. Поэтому сразу нужно оговориться, что для таких целей выбирается раствор, который имеет следующие особенности:

  • в нем должны содержаться противоморозные добавки. Они повышают температуру цементного состава и предупреждают его застывание. С их помощью застывание может происходить и при -50°С;
  • подвижность цементного раствора лежит в пределах 10-13 см по конусу;
  • бетонная смесь должна удобно укладываться и быть пластичной;
  • после укладки надо регулярно проводить проверку застывания раствора. Для этих целей в кладке делаются небольшие углубления, в которые периодически помещается градусник. По его показаниям контролируется температура смеси.

Сколько кирпичей в квадратном метре, указано в данной статье.

На видео рассказывается, можно ли класть кирпич при минусовой температуре:

Каков расход цемента на 1 куб кирпичной кладки, указано в данной статье.

Технология кирпичной кладки в зимнее время та же самая, что и в летнее. Она заключается в укладке кирпича на постель из цементного раствора, но вот способы ее выполнения совершенно разные. Для успешной кладки в зимнее время существует несколько методов:

  • устройство тепляка;
  • использование противоморозных добавок;
  • электроподогрев;
  • метод термоса;
  • замораживание.

Все эти способы обеспечивают надежную и прочную кладку кирпича. При более детальном их рассмотрении станет понятно, за счет чего это происходит.

О том какой размер у полуторного красного кирпича указывается в данной статье.

Применение тепляка

Это эффективный способ. Но он предусматривает проведение подготовительных работ. Для его выполнения необходимы рейки и обычный рулонный полиэтилен. С помощью реек вокруг начатого строительства возводится каркас, на который крепится выбранный теплоудерживающий материал и создается воздушное пространство.

Оно обогревается переносными печами, электронагревателями и другими обогревательными устройствами. За счет такого приема кирпич и раствор находятся в условиях с приемлемой температурой, хорошо скрепляются между собой и быстрее застывают. Но тепло внутри самодельного каркаса надо поддерживать несколько дней, из-за этого обязательно проводится регулярные проверки состояния обогревателя.

Как правильно использовать кирпич облицовочный полуторный, можно узнать прочитав статью.

Такой способ имеет один заметный нюанс – с помощью него сложно обогреть целый дом. Чаще всего его применяют для возведения только какой-то одной части кладки.

Противоморозные добавки

Их введение в раствор позволяет снизить температурный показатель замерзания воды в нем, поэтому при их применении он способен даже при морозе набрать нужную прочность.

В качестве добавок используются составы из хлористого натрия, калия, нитрата натрия и углекислого калия.

Последние два вида допускается использовать без последующего подогрева. На момент их использования температура цементной смеси должна быть не ниже 5°C. Если получилось, что раствор с добавками замерз, а его не успели использовать, то нельзя его разогревать горячей водой, лучше замесить новую порцию. Возведение кладки таким составом осуществляется до момента его схватывания с кирпичом.

Каков состав керамического кирпича, указано здесь.

Способ замораживания

Широко распространенный метод. Он заключается в укладке кирпича на подогретый раствор. После возведения кирпичной конструкции происходит остывание раствора, и он замерзает. Окончательное затвердевание цементного состава происходит весной при оттаивании. При этом оно сопровождается существенной усадкой построенной кирпичной конструкции и это может привести к разрушению зданий, которые имеют высоту более 15 метров. 

Суть процесса заключается в следующем: на подготовленный для кладки участок наносится подогретый до высокой температуры состав. Поддержание его температурного режима осуществляется при помощи механизма подогрева цистерны.

После доводки цементной смеси до нужной температуры ее надо использовать очень быстро буквально в течение получаса. Укладка производится по классической технологии. Примечательно, что такой раствор обеспечит кирпичную конструкцию прочностью еще до его полного замерзания.

Каковы размеры огнеупорного шамотного кирпича, рассказывается в содержании данной статьи.

При этом методе необходимо придерживаться нескольких правил:

  • Температура раствора должна быть одинакова по всему периметру. Если это требование не выполнить, то при оттаивании дом деформируется, а со временем он может вообще обрушиться.
  • Этот метод можно применять при минимально допустимой температуре – 30°C.
  • Замерзший раствор нельзя разбавлять горячей водой. Во время замерзания кладки, выполненной из этого состава, на швах будут образовываться поры, в которых ранее находился лед, а это приводит к потере нужной прочности.

Иногда для надежного исполнения кладки все здание, возведенное методом замораживания, нагрев производится стационарными системами обогрева. Повышение температуры до 30°C приводит к тому, что кладка оттаивает за трое суток, и раствор начинает затвердевать. После этого стены сушат с помощью строительных вентиляторов.

При оттаивании отдельно стоящие конструкции, выполненные подобным образом, могут потерять свою устойчивость, чтобы избежать этого их необходимо зафиксировать временными опорами.

Метод термоса

Простой способ, обеспечивающий затвердевание раствора, при котором создается нужная температура. При нем используется тепло самого кирпича. Чтобы использовать его кирпичи укладываются порциями, и каждая уложенная часть покрывается термоизоляцией. Такой прием не дает кирпичам потерять тепло и продлевает схватывание его с раствором.

Некоторые строители прогревают материал перед укладкой, и тогда тепло, выделяемое таким кирпичом, исключает застывание воды в растворе. Сразу после выполнения работ, возводимые стены утепляют подручными материалами способными сохранять тепло.

Электропрогрев кладки

Способен помочь при возведении части стены, для его проведения требуются определенные знания и опыт работы с электрооборудованием. При кирпичной кладке в раствор горизонтально устанавливаются электроды, питание которых осуществляется от электросети. При нагревании они отдают свое тепло раствору и кирпичам.

Это приводит к нормальному затвердеванию цементного состава, но при условии, что все вертикальные швы такой кладки хорошо заполнены. Если нет специальных электродов, то применяется проволока. Используют ее в диаметре от 0,3 до 6 мм. Выбор этого параметра зависит от источника тепла и предполагаемой схемы прогрева.

Расход электроэнергии на 1 м3 может доходить до 175 кВт/ч, из них 75% уходит на обогрев кирпича, а это, по сути, пустая трата, ведь следует тщательней прогревать раствор. 

Для обогрева такой кладки применяются нефтегазовые калориферы и электрообогреватели. Стержневые электроды должны обеспечивать температуру не ниже +10°С. Их укладывают с шагом в 20 см, к ним подводят напряжение равное 40-60 В. Оно обеспечит нужный обогрев и кристаллизация цементной смеси значительно ускоряется, в среднем на 20%. Это способ широко используется, но потребляет много электроэнергии.

Какой бы способ ни был выбран, главное, сразу подготовить все нужные материалы и оценить предполагаемые затраты. Раствор следует готовить небольшими порциями, так как потом после его затвердевания нельзя будет его развести. С помощью таких методов даже зимой можно обеспечить нормальную кирпичную кладку и построенный таким образом дом будет ничуть не хуже, чем летний вариант.

Потери жидкости в цементных растворах для применения в нефтяных скважинах

Цементный раствор, смешанный на буровых установках для применения в нефтяных скважинах, представляет собой перекачиваемую жидкость, состоящую из воды и различных частиц во взвешенном состоянии. Если эта жидкость подвергается воздействию перепада давления через фильтрующую среду, вода имеет тенденцию фильтроваться через среду, оставляя после себя частицы. Этот эффект с его выраженностью называется потерей жидкости.

Итак, что является или может выступать в качестве фильтрующего материала? Ну любое проницаемое образование есть. Следовательно, для цементного раствора, который вы планируете использовать, например, внутри обсадной колонны, потеря жидкости не является важным фактором при проектировании. Теперь характеристика водоотдачи цементного раствора также связана со свободной водой и стабильностью раствора, поэтому для полезного цементного раствора, даже внутри обсадной колонны, хорошая водоотдача (обычно означает низкую) равна косвенно фактору.

Так что, если вы потеряете немного жидкости — что в этом такого?

Итак, давайте рассмотрим пример, когда пульпа движется вверх по узкому кольцевому пространству, и вы теряете жидкость через проницаемый пласт.Оставшийся цементный раствор становится гуще по мере потери жидкости, и это увеличивает давление закачки. Это, конечно, может привести к большей потере жидкости и, возможно, к изменению режима потока и менее эффективному размещению. В тяжелых случаях суспензия может перекрыться и помешать вам залить весь цемент, или это может привести к гидроразрыву пласта и потерям, что опять же приведет к низкому ТОС (верхнему пределу цемента). Цементный раствор с меньшим содержанием воды также обычно схватывается раньше, поэтому время загустевания сокращается.Все это может привести к серьезному испорченному цементному делу, которое трудно исправить.

При работе с более крупными обсадными трубами потеря жидкости не вызывает беспокойства. Как правило, это также не проблема для работ в открытом стволе, если только это не пробка высокой плотности через проницаемый пласт, где вы можете получить более низкий TOC, чем планировалось. Для сжатий проблема несколько иная. Для этих работ очень часто требуется определенный уровень водоотдачи, чтобы цемент перекрывал места утечки и герметизировался, а затем позволял потоку отводиться к другим частям, предназначенным для сжатия.В цементных растворах, используемых для борьбы с поглощением, высокая водоотдача была бы преимуществом, поскольку в этом случае цемент имел бы тенденцию к перемычке в направлении зоны поглощения.

Как определить водоотдачу цементного раствора?

Потери жидкости просто измеряются в лаборатории (в соответствии с API-RP-10B) (см. также статью Мигеля Диаса «Лабораторные испытания для рассмотрения при разработке «газонепроницаемого» цементного раствора), где раствор смешивается и выливается в небольшой ячейка с фильтрующей средой (сито 325 меш внизу).В ячейке создают давление до 1000 фунтов на квадратный дюйм, а затем на дне открывают клапан и измеряют количество жидкости, выходящей в течение 30 минут. Измеренное количество, умноженное на 2, представляет собой водоотдачу конкретного цементного раствора. Это стандартный способ измерения статической потери жидкости. В некоторых случаях суспензия вытечет всю жидкость до истечения 30 минут, а затем просто продует воздух. Тогда у вас не будет достаточного контроля водоотдачи, и для расчета 30-минутного интервала используется простая формула, основанная на времени, когда воздух начинает пропускать воздух.потеря жидкости (см. API-RP-10B)

Что такое хорошая или плохая потеря жидкости?

Конечно, зависит от приложения. Большинство операторов принимают значения потери жидкости ниже 200-250 мл/30 мин. как разумный хороший контроль водоотдачи, но для критических работ, таких как узкое хвостовик кольцевого пространства или работа с обсадными трубами через проницаемые углеводородные зоны, они обычно требуют значений водоотдачи ниже 50 или даже 15. Базовый цементный раствор 15,8 фунтов на галлон без химикатов для улучшения водоотдачи будет обычно имеют величину потери жидкости выше 1500 мл./30 минут. (ссылка Well Cementing, Nelson & Guillot).

Как контролировать потерю жидкости?

Все сервисные компании, предоставляющие услуги по цементированию буровых установок, используют несколько химикатов для улучшения контроля водоотдачи. Они работают по-разному и зависят также от других химических веществ и свойств цементного раствора. Тяжелый цементный раствор автоматически имеет меньшую водоотдачу, чем легкий. То же самое с хорошо диспергированной суспензией по сравнению с не очень хорошо диспергированной.Реальные химикаты для водоотведения работают по основным принципам:

  1. Частицы определенного размера и распределения, которые уплотняют и делают менее проницаемой фильтровальную корку, в некоторых случаях также образуется дополнительная пленка на фильтрационной корке
  2. Химикаты, загущающие жидкую фазу, уменьшающие скорость потока через фильтровальную корку
  3. Комбинация 1 и 2.

Теперь, какой тип химического вещества и какой подход вы выберете для снижения потери жидкости, обычно не так важно, важна только эффективность.Очень часто тип системы контроля водоотдачи, которую вы будете использовать, определяется другими факторами, такими как плотность навозной жижи и другие химические вещества, используемые для других целей.

Слышали ли вы о контроле водоотдачи в смолах, используемых в нефтяных скважинах? Есть ли вообще такое? Читайте мой следующий блог на эту тему.

 

 

 

 

 

 

Применение полимеров на основе целлюлозы для цементирования нефтяных скважин

Экспериментальный план данного исследования был выполнен с использованием практики, рекомендованной API.API RP 10B-2 содержит рекомендуемую практику проектирования цементных растворов, приготовления и испытания цементных растворов на заданные API свойства (API Practice 2009). Цемент класса G с удельным весом 3,14 использовали для приготовления растворов с другими добавками, такими как деформатор, добавка для водоотдачи, диспергатор и полимер на основе целлюлозы. Цемент класса G содержит различные концентрации различных компонентов, таких как SiO 2 , AL 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TIO 2 , K 2 900 O 5 , CaO, MgO, SO 3 (Ou et al.2012).

Приготовление раствора полимера и метод измерения вязкости

Для измерения вязкости необходимо, чтобы полимеры находились в жидкой форме. Поэтому жидкий раствор полимеров был приготовлен с использованием дистиллированной воды путем проведения эксперимента через горячую магнитную пластину при комнатной температуре (Abbas et al. 2015). Для исследования была приготовлена ​​концентрация 02 мас.% каждого раствора полимера. Вязкость растворов полимеров ГЭЦ, КМЦ и ГПМЦ определяли с помощью вискозиметра HPHT при 90 °C и скоростях сдвига 1–1000 с·с -1 .

Способ приготовления цементных растворов

Серия растворов была приготовлена ​​с использованием полимера и добавок с цементом класса G для измерения свойств цементного раствора по API. Цементные растворы готовили на скоростном смесительном оборудовании, в котором переменная дозировка добавок смешивалась с цементом класса G с концентрацией 100 BWOC (по массе цемента) и водой во всех цементных растворах. Различные концентрации добавок, таких как нафталинсульфонат (диспергатор), силикон (пеногаситель), бораты (замедлитель схватывания), полиакрилат натрия (потеря жидкости) смешивали с целлюлозой для приготовления цементных растворов.Состав цементного раствора приведен в таблице 1.

Таблица 1. Расчет цементных растворов

Свойства цементных растворов по API методы измерения

Свойства приготовленных цементных растворов по API будут определяться при повышенной температуре 90 °C. Поэтому пришлось повышать температуру цементного раствора вручную. Чтобы повысить температуру, приготовленные цементные растворы предварительно нагревали и кондиционировали в атмосферном консистометре при 90 °C в течение 20 минут, чтобы повысить температуру растворов для проведения экспериментов по измерению свойств API.

В дальнейшем для определения реологии по пластической вязкости и пределу текучести цементных растворов использовали ротационный вискозиметр. Предварительно нагретый цементный раствор переносили в ротационный вискозиметр для определения реологии растворов.

Затем предварительно нагретый цементный раствор заливали в градуированный цилиндр и держали под углом 45° для наблюдения эффекта осаждения частиц цемента и отделения свободной воды (Ganguli 1993).

Потери жидкости через предварительно нагретые цементные растворы определяли с помощью фильтр-пресса HPHT с ячейкой объемом 175 мл и сеткой 45 мкм (325) компании OFIT при температуре 90 °C и давлении 1500 фунтов на квадратный дюйм (Baig et al.2017).

Чтобы смоделировать влияние цементных растворов на основе целлюлозы на прочность на сжатие в забойном состоянии, прочность на сжатие цементных растворов была определена с помощью ультразвукового анализатора цемента в течение периода времени 18 ч (Xuli and Chung 1996). Температура для завершения эксперимента составляла 90 °C, а давление – 3000 фунтов на квадратный дюйм.

Уменьшение миграции флюида в тампонажном растворе с помощью наночастиц Уменьшение миграции флюида в тампонажном растворе с помощью наночастиц

%PDF-1.4 % 1 0 объект > эндообъект 8 0 объект /Заголовок /Предмет /Автор /Режиссер /CreationDate (D:20211231225135-00’00’) /Ключевые слова /ModDate (D:20200930115651+02’00’) >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 7 0 объект > ручей Arbortext Advanced Print Publisher 9.0.226/W Unicode2020-09-29T18:33:04+05:302020-09-29T18:19:28+05:302020-09-30T11:56:51+02:00application/pdf

  • Сокращение миграции жидкости в тампонажном растворе с помощью наночастиц
  • Уменьшение миграции жидкости в тампонажном растворе с помощью наночастиц
  • Нефтегазовая наука и технология
  • Баянак Махмуд, Заринабади Соруш, Шахбази Халил, Азими Алиреза
  • Нефтегазовая наука и технология — Rev. IFP Energies Nouvelles 75, 67 (2020). DOI: 10.2516/ogst/2020044
  • Acrobat Distiller 9.0.0 (Windows)uuid:0577743f-582f-40a8-bf77-c50c61c8ec0euuid:d9b36e29-8fcd-44ec-adcd-b8e2dd36c900 конечный поток эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > эндообъект 17 0 объект > эндообъект 18 0 объект > эндообъект 19 0 объект > эндообъект 20 0 объект > эндообъект 21 0 объект > эндообъект 22 0 объект > эндообъект 23 0 объект > эндообъект 24 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageC /ImageB /ImageI] >> эндообъект 25 0 объект > ручей xڝXn#[email protected]!H&Hn0mr S~?lcVUo_Rr[k[b/ |Z>|kkss~s. )=;7|/8lg8Js.\>My+Pkr4]r’6HZ*`ТӠMl» E(6\

    (PDF) ВЛИЯНИЕ МЕСТНОСИНТЕЗИРОВАННОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НА ВРЕМЯ СБОРКИ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

    Нигерийское общество инженеров-химиков, 34(1), 2019

    11

    ВЛИЯНИЕ МЕСТНО СИНТЕЗИРОВАННОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НА СВЕРТЫВАНИЕ

    ВРЕМЯ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА

    *Anale, J.V1ele, J.V1ele, J.V1ele, J.V1ele, J.V1ele, , Chukwuma, F.O2, Otaraku, I.J2

    1Африканский центр передового опыта Всемирного банка, Центр нефтепромысловых химических исследований

    Университет Порт-Харкорта

    1Кафедра нефтяной инженерии, Университет Порт-Харкорта, Нигерия.

    2Кафедра химического машиностроения, Университет Порт-Харкорта, Нигерия.

    *Электронная почта ответственного автора: [email protected]

    РЕФЕРАТ

    Цементирование в нефтегазовой промышленности является важной операцией при строительстве ствола скважины. В

    для достижения успешного цементирования добавки используются для разработки этих цементных растворов

    в соответствии со спецификациями Американского института нефти (API). Это исследование было проведено

    с использованием рекомендованной практики API 13B-2 (1997 г.) для определения эффекта синтезированного замедлителя схватывания цемента

    при концентрациях 0,01 галлон/ск, 0,04 гал/ск, 0,07 гал/ск и 0,10 гал/ск. ск на время схватывания

    и реологические свойства тампонажного раствора. Результаты испытаний, полученные при различных концентрациях

    , показали время схватывания как: 3:06, 4:06, 5:28 и 12:18, а также предел текучести, который

    представляет реологические значения как: 78 фунтов/мин. 100 футов2, 62 фунта/100 футов2, 13 фунтов/100 футов2 и 9 фунтов/100 футов2.Полученные результаты

    выявили тенденцию к замедлению схватывания синтезированного замедлителя схватывания цемента по мере увеличения концентрации

    и снижение предела текучести, как наблюдалось в статистическом анализе

    с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) по одному фактору, также показало значительную разницу на реологические свойства

    по мере увеличения концентрации (Fcal ˃F критический).

    Ключевые слова: время схватывания, синтезированный замедлитель схватывания цемента, реология, спецификация API.

    1. ВВЕДЕНИЕ

    Операция по цементированию представляет собой размещение тампонажного

    цементного раствора между пластом и обсадной трубой для достижения

    адекватной зональной изоляции скважины. Цели операции

    состоят в том, чтобы предотвратить образование жидкости, подобной газу

    , и воды, сообщающейся из одной зоны в

    другой в скважине, поддержать обсадную колонну, предотвратить

    обсадную колонну от коррозии, предотвратить ударные нагрузки

    во время бурения, для предотвращения выбросов, для обеспечения изоляции

    от зон поглощения или поглощения и для ликвидации скважины

    .Цементирование скважин является одной из основных

    операций, выполняемых при строительстве

    нефтяных скважин (Lootens et al, 2004), поэтому цементный раствор высокого качества

    необходим для экономичного и безопасного

    производства сырой нефти в течение всего срока службы скважины (Ridha

    и др. , 2010 г.), а также обеспечить длительный срок службы ствола скважины

    за счет установки высококачественной обсадной трубы

    (Pourafshary et al, 2009 г.; Ershadi и др., 2011 г.).Когда

    полная изоляция зон не достигается и существует

    слабая связь между цементом и обсадной трубой и/или

    цементом с пластом, это может привести к тому, что скважина не будет

    добывать в полную силу, поскольку будут разливы нефти

    (Calvert, 2006). При цементировании скважин плохая конструкция цементного раствора

    и некачественное цементирование могут

    неблагоприятно повлиять на добычу сырой нефти. Некоторые последствия

    некачественного цементирования и некачественного состава раствора могут

    приводить к разливам нефти, которые оказывают воздействие на окружающую среду

    (Lootens et al, 2004), вызывая гибель водных организмов

    , а также загрязнение земель, вызывающее снижение производства

    сельскохозяйственная продукция, делающая окружающую среду

    пригодной для жизни человека, поскольку она вызывает некоторые респираторные

    заболевания, а также является причиной потери мировых запасов нефти

    .

    1.2 Химический состав реакции портландцементного раствора

    При цементировании нефтяных скважин преимущественно используется цемент

    Портландцемент. Четыре важные фазы клинкера, обнаруженные

    в портландцементе, представляют собой двухкальциевый силикат (C2S),

    трехкальциевый силикат (C3S) и тетракальциевый алюмоферрит

    (C4AF), трехкальциевый алюминат (C3A); клинкер

    смешанный с гипсом (Ч3). (Мишо и др., 1990). В приведенных выше формулах

    C представляет собой CaO, S представляет собой SiO2, A

    представляет собой Al2O3, F представляет собой Fe2O3 и H представляет собой

    h3O в химических сокращениях (Young and Hansen,

    1987).Химические реакции между водой

    и цементом сложны. Каждая часть портландцемента

    подвергается процессу гидратации по уникальному химическому пути реакции

    и при различной кинетике реакции. Тем не менее

    химические реакции зависят друг от друга

    из-за химического состава цемента и близости

    частей. Когда происходят эти реакции, это обычно приводит к

    выделению энергии или производству тепла.Постепенное

    (PDF) Новый состав легкого тампонажного раствора с использованием природного пуццолана

    248 Larki, O., et al. Advances in Geo-Energy Research 2019, 3(3): 242-249

    цементный раствор, но со временем за счет активации

    пуццолановых реакций эта разница уменьшается.

    • Замена части цементного порошка на

    натуральный пуццолан в составе шлама может рассматриваться как важный шаг в снижении затрат и более

    в защите окружающей среды за счет снижения

    выбросов CO2.

    Номенклатура

    Сокращения

    API = Американский институт нефти

    ASTM = Американское общество испытаний и материалов HSR = Высокая сульфатостойкость

    MRS = Средняя сульфатостойкость

    POFA = Топливная зола пальмового масла

    Переменные

    µp= Пластическая вязкость, сП

    θ100 = показания по шкале при скорости вращения 100 об/мин,

    градусы

    F = коэффициент пружины, безразмерный

    τ0= предел текучести, фунт/100 фут2 для

    его лабораторное оборудование и материалы. Особая благодарность Масуду

    Наибу Ли из заводской лаборатории Кермана за его руководство.

    Открытый доступ Эта статья распространяется в соответствии с условиями

    лицензии Creative Commons Attribution (CC BY-NC-ND), которая разрешает

    неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии, что

    оригинал работа цитируется правильно.

    Ссылки

    Абид К., Голами Р., Тионг М. и др. Пуццолановый

    дополнительный материал для усиления цемента класса G используется

    для операций бурения и заканчивания.Дж. Бензин. науч. англ.

    2019, 177: 79-92.

    Ахмад, М.Х., Омар, Р.К., Малек, М.А., и др. Прочность на сжатие

    бетона из топливной золы пальмового масла. В материалах

    International Conference on Construction and Building

    Technology, Куала-Лумпур, Малайзия, 16-20 июня 2008 г.

    Аль-Ями, А.С., Аль-Шехри, Д.А., Аль-Салех, С., и др. . Долговременная

    оценка цемента низкой плотности на основе полых стеклянных

    микросфер помогает обеспечить эффективную изоляцию

    зон в скважинах высокого/высокого давления: лабораторные исследования и полевые применения.

    Документ SPE113138 Представлен на совместном собрании SPE Western Regional

    и Pacific Section AAPG, Bakersfield,

    California, 29 марта-4 апреля 2008 г.

    Al-Yami, AS, Nasr-El-Din, HA, Al- Хумаиди, А.С., и др.

    Оценка и оптимизация цемента низкой плотности:

    лабораторные исследования и применение в полевых условиях. Сверло SPE.

    Завершение 2010, 25(01): 70-89.

    Аль-Ями, А.С., Юань, З., Шуберт, Дж. Вероятность отказа

    с течением времени при различных условиях эксплуатации для

    системы с низкой плотностью на основе полых микросфер

    подтверждена долгосрочными лабораторными исследованиями и полевыми примерами.

    Документ SPE159141 Представлен на конференции и выставке SPE Asia Pacific Oil

    and Gas, Перт, Австралия, 22-

    24 октября 2012 г. Второе издание. Апрель 2013 г.

    API Spec 10A: Технические условия на цементы и материалы

    для цементирования скважин. Двадцать четвертое издание. Декабрь,

    2010 г.

    Обозначение ASTM C618-08a, Стандартные технические условия для угля

    Летучая зола и необработанный или кальцинированный природный пуццолан для использования

    в бетоне, 2008 г.

    Обозначение ASTM C702/C702M-11, Стандартная практика для

    Уменьшение образцов заполнителя до размера испытаний, 2011. 16, Стандартный метод испытаний

    Плотность гидравлического цемента, 2016 г.

    Бенге, О.Г., Спэнгл, Л.Б., Зауэр, мл. Вспененный цемент-

    решение старых проблем с помощью новой техники. Документ

    SPE11204 Представлен на Ежегодной технической конференции и выставке SPE

    , Новый Орлеан, Луизиана, 1 января,

    1982.

    Брандл А., Брей В., Доэрти Д.Р. Технически и экономически

    улучшенная система цементирования с устойчивыми компонентами

    . Документ SPE136276 представлен на Азиатско-Тихоокеанской конференции по технологиям бурения IADC/SPE

    и выставке

    , Хошимин, Вьетнам, 1–3 ноября,

    2010.

    Брандл А., Катлер Дж., Сехолм А. ., и другие. Цементирующие растворы

    для коррозионно-активных сред скважин. Сверло SPE. Заполнение

    2011, 26(02): 208-219.

    De Rozieres, J., Ferriere, R. Характеристика вспененного цемента

    в скважинных условиях и ее влияние на проектирование работ.

    НПП «Технология производства», 1991, 6(03): 297-304.

    Dumbauld, G.K., Brooks, Jr.F.A., Morgan, B.E., et al.

    легкий нефтеэмульсионный цемент с низкой водоотдачей для использования

    в нефтяных скважинах. Petroleum Transactions 1956, 207: 99-104.

    Эльмарсафави Ю.А., Варман Р., Асад А. и др. Цементирование продуктивного пласта

    с низким градиентом давления гидроразрыва

    на месторождении Вафра, Кувейт.Документ SPE107047 Представлен на

    Азиатско-Тихоокеанской нефтегазовой конференции и выставке,

    Джакарта, Индонезия, 30 октября – 1 ноября 2007 г. Улучшенные свойства

    и рентабельное применение с постепенными

    улучшениями в цементировании 50:50 Poz. Документ SPE-

    94327-MS представлен на конференции Canadian International Petroleum

    , Калгари, Альберта, 7–9 июня 2005 г.

    Harms, W.М., Саттон, Д.Л. Сверхнизкоплотное цементирование

    операции. Дж. Бензин. Технол. 1983, 35(01): 61-69.

    Кулакофски Д., Фолкнер К., Уильямс С. и др. Новый класс микросфер

    улучшает экономику и позволяет

    циркулировать там, где предыдущие разработки понесли убытки: история болезни

    . Документ OMC-2011-083 представлен на Offshore

    %PDF-1.6 % 115 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 115 120 0000000016 00000 н 0000003427 00000 н 0000003648 00000 н 0000003774 00000 н 0000003810 00000 н 0000004045 00000 н 0000004120 00000 н 0000004280 00000 н 0000004424 00000 н 0000004615 00000 н 0000004759 00000 н 0000004949 00000 н 0000005092 00000 н 0000005284 00000 н 0000005428 00000 н 0000005620 00000 н 0000005764 00000 н 0000005956 00000 н 0000006100 00000 н 0000006260 00000 н 0000006405 00000 н 0000006670 00000 н 0000007324 00000 н 0000007432 00000 н 0000007542 00000 н 0000007650 00000 н 0000007920 00000 н 0000008462 00000 н 0000010172 00000 н 0000011364 00000 н 0000012562 00000 н 0000013750 00000 н 0000014331 00000 н 0000014870 00000 н 0000014959 00000 н 0000015212 00000 н 0000015714 00000 н 0000015999 00000 н 0000016544 00000 н 0000018396 00000 н 0000020006 00000 н 0000021603 00000 н 0000023258 00000 н 0000024810 00000 н 0000026317 00000 н 0000027575 00000 н 0000029051 00000 н 0000030584 00000 н 0000077972 00000 н 0000085965 00000 н 0000141669 00000 н 0000195503 00000 н 0000198917 00000 н 0000199172 00000 н 0000199583 00000 н 0000233243 00000 н 0000233282 00000 н 0000233859 00000 н 0000233909 00000 н 0000235458 00000 н 0000236482 00000 н 0000236582 00000 н 0000292175 00000 н 0000292438 00000 н 0000293008 00000 н 0000293481 00000 н 0000293740 00000 н 0000294153 00000 н 0000301528 00000 н 0000301567 00000 н 0000337491 00000 н 0000337530 00000 н 0000337866 00000 н 0000337955 00000 н 0000338091 00000 н 0000339289 00000 н 0000339508 00000 н 0000339622 00000 н 0000339931 00000 н 0000340089 00000 н 0000340486 00000 н 0000340568 00000 н 0000340693 00000 н 0000340765 00000 н 0000340993 00000 н 0000341065 00000 н 0000341172 00000 н 0000341283 00000 н 0000341356 00000 н 0000341494 00000 н 0000341567 00000 н 0000341701 00000 н 0000341774 00000 н 0000341900 00000 н 0000341973 00000 н 0000342148 00000 н 0000342220 00000 н 0000342383 00000 н 0000342538 00000 н 0000342711 00000 н 0000342783 00000 н 0000343002 00000 н 0000343199 00000 н 0000343327 00000 н 0000343399 00000 н 0000343471 00000 н 0000343649 00000 н 0000343721 00000 н 0000343793 00000 н 0000343866 00000 н 0000344028 00000 н 0000344101 00000 н 0000344261 00000 н 0000344334 00000 н 0000344492 00000 н 0000344565 00000 н 0000344759 00000 н 0000344832 00000 н 0000344904 00000 н 0000002696 00000 н трейлер ]/предыдущая 946832>> startxref 0 %%EOF 234 0 объект >поток hb«`f`Ne`g«[email protected]

    Механизм цементации цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве под высоким давлением грунтовых вод

    области машиностроения, особенно в отношении предотвращения попадания воды в кольцевое пространство, образованное при строительстве ствола с использованием технологии искусственного замораживания в Китае. В данном исследовании получено аналитическое определяющее уравнение движения осевого течения несжимаемой ньютоновской жидкости в длинном концентрическом кольцевом пространстве в условиях высокого давления грунтовых вод. Предлагается метод пошагового расчета для описания процесса тампонирования, основанный на двух режимах нагнетания, а именно, контроле расхода и контроле давления. Время впрыска разделено на ряд временных сегментов; соответственно залитая зона подразделяется на бесконечно малые элементы. Некоторые ключевые параметры, такие как расположение, размеры, вязкость суспензии и градиент давления каждого элемента, можно получить с помощью разработанной программы MATLAB.На этой основе определяются распределение давления и вязкости раствора в цементируемой зоне, а также изменения давления нагнетания в точке цементации и скорости потока цементации. Исследованы два случая режима нагнетания, чтобы выявить распространение цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве. Наконец, проводится численное моделирование, которое используется для проверки и калибровки результатов расчетов. Результаты, полученные настоящим методом пошагового расчета, хорошо согласуются с численными результатами.

    1. Введение

    За последние несколько десятилетий на угольных шахтах Китая произошло много опасностей, связанных с прорывом воды, что привело к человеческим жертвам и значительному материальному ущербу [1–17]. Для предотвращения проникновения воды уже более двухсот лет широко и эффективно применяется технология цементации водоносных слоев в подземных сооружениях [18–21].

    В северо-западной части Китая многие типичные угольные месторождения Северного Китая, такие как угольное месторождение Ордос, включают крупные угольные шахты.В районе Дуншэн угольное месторождение Ордосского бассейна разрабатывалось в поздней юре и перекрыто меловыми песчаниками и мелкозернистыми песчаниками [22, 23]. Из-за короткого периода диагенеза эти толщи характеризуются низкой прочностью, слабой цементацией и обводненностью пород, поэтому для сооружения глубоких шахтных стволов в этом районе широко применяется технология искусственного замораживания на всю глубину [24–26]. Во время процесса искусственного замораживания на всю глубину глубина промерзшего барьера больше, чем у шахты, чтобы предотвратить попадание воды, как показано на рисунке 1.После завершения строительства ствола мерзлая порода оттаивает, и кольцевое пространство между замораживающей скважиной и замораживающей трубой вновь открывается. Верхние водоносные горизонты непосредственно контактируют с нижними водоносными горизонтами, вызывая разрушение мерзлых стенок и затопление стволов [27, 28]. Кроме того, в процессе промерзания-оттаивания окружающая порода повреждается за счет силы мороза от грунтовых вод, а в зоне повреждения происходит движение воды, вызывающее образование трещин и обтекание кольцевого пространства водой.Длительное взаимодействие воды и породы усугубляет опасность воды в стволе, что может привести к обрушению крепи ствола. Предварительная цементация или цементация была одним из основных эффективных вариантов, используемых для контроля прорыва грунтовых вод из кольцевого пространства [24, 25].


    В Китае успешно реализованы десятки инженерных проектов заливки кольцевых каналов вокруг стволов [25, 26]. Основываясь на этом богатом инженерном опыте, исследователи предложили несколько эффективных методов цементации, в основном в том числе цементирование задней стенки и цементирование перфорации.Из-за зрелости технологии цементации тыльной стенки, ее удобной работы и высокой адаптируемости, метод цементации тыльной стенки широко используется при обработке замерзших скважин. Был введен следующий дизайн для заливки цементным раствором задней стены: (1) сбор данных на месте; (2) определение подходящего пласта для полевых испытаний цементации на основе анализа доступных геолого-разведочных данных; 3) расчет пространственного положения промерзающих скважин по данным инклинометрии скважин; (4) определение параметров цементации, таких как рецепт суспензии, давление нагнетания и положение нагнетательной скважины; (5) осуществление процесса цементации под руководством проекта цементации; и (6) прекращение цементации и использование геофизических исследований и/или гидрогеологического анализа для оценки эффекта цементации.

    Несмотря на то, что эффективность метода заливки обратной стенки была проверена многими полевыми испытаниями, некоторые из основных рабочих параметров, такие как давление впрыска, длина проникновения и расход цементации, трудно выбрать на этапе проектирования заливки. Это ограничение связано с недостаточным пониманием механизма распространения раствора, используемого при заливке кольцевого трубопровода.

    За последние несколько десятилетий многие исследователи изучали механические характеристики течения жидкости в коаксиальных цилиндрах, используемых в различных отраслях промышленности, включая разведку нефти и газа, геотермальное отопление и транспортировку суспензий.Различные ученые провели множество исследований осевого ламинарного течения жидкости, нагнетаемой под давлением, в кольцевой канал во время бурения нефтяных скважин. Скорость жидкости и перепад давления реологических жидкостей в идеальном концентрическом канале широко обсуждались. Численные и аналитические решения осевого кольцевого течения были представлены для ньютоновских и неньютоновских жидкостей [29–33]. Эти результаты исследований имеют важное значение для анализа распространения пульпы в кольцевых каналах.Тем не менее, конструкция заливки затрубного пространства определяется тремя аспектами: реологическими свойствами раствора, геометрией затрубного пространства и режимами нагнетания, т. е. заливкой с контролем расхода или закачкой под давлением. На этапах проектирования и выполнения заливки фундаментальные параметры, включая давление впрыска, расстояние подачи раствора и расположение отверстий для впрыска, регулируются этими факторами. Поэтому описание управляющего воздействия этих влияющих факторов на распространение пульпы в концентрическом кольцевом пространстве становится важнейшей задачей для предотвращения прорыва воды из промерзающих скважин.

    В этой статье, во-первых, излагаются теоретические основы основных уравнений реологического шлама и основного уравнения осевого ламинарного течения в концентрическом кольцевом пространстве. Во-вторых, предлагается пошаговый метод расчета для описания процесса цементации в соответствии с условиями контроля давления и контроля расхода, а некоторые важные параметры, такие как вязкость раствора, давление нагнетания и распределение давления в зоне цементации, анализируются с помощью тематических исследований. Затем результаты разработанного метода расчета проверяются и сравниваются с численным моделированием; наконец, выводы сделаны.

    2. Математическая формулировка распространения цементного раствора в концентрическом кольце
    2.1. Допущения

    Для математической формулировки изменение вязкости раствора в зависимости от времени нагнетания рассматривается со следующими допущениями: (1) Раствор проникает в осевом направлении в концентрическое кольцевое пространство как ламинарный поток (2) Предполагается, что раствор является несжимаемым Ньютоновская жидкость(3)Концентрическое кольцо вертикально, с постоянными радиусами внутреннего и внешнего цилиндров, а сила инерции пренебрежимо мала(4)Для обеих поверхностей кольца предполагается условие нескользкости(5)Предполагается, что давление грунтовых вод в кольцевой зоне заливки раствором является постоянным и высоким из-за условий глубокого залегания, а сила тяжести раствора незначительна (6). Предполагается, что время химической реакции раствора равно времени закачки, т. е. , время, необходимое раствору для перемещения от цементировочного насоса к кольцевому каналу, незначительно (7) Нет физического смешивания и/или химической реакции между раствором и водой

    2.2. Уравнение осевого ламинарного течения

    Для моделирования состояния течения цементного раствора в массиве горных пород важно рассчитать реологию закачиваемого флюида. В большинстве случаев поведение материала нагнетаемой жидкости можно описать с помощью различных реологических моделей, которые делятся на две основные категории: ньютоновские жидкости и жидкости Бингама [34]. В общем, раствор на основе цемента можно считать ньютоновской жидкостью, когда цементный раствор смешивается с раствором силиката натрия или соответствующее отношение воды к цементу (в/ц) в цементном растворе колеблется от 2 до 10 [21, 35]. , 36].Следовательно, связь между напряжением сдвига и скоростью имеет вид [37], где τ — напряжение сдвига, является зависящей от времени функцией динамической вязкости, t — время впрыска, — скорость, ч — расстояние, перпендикулярное направлению потока, а dv/dh — градиент скорости.

    Предполагается, что раствор течет в осевом направлении в концентрическом кольце. Геометрия цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве представлена ​​на рисунке 2.Как показано на рисунке 2(a), радиусы внутреннего и внешнего цилиндров составляют R i и R o соответственно, а радиус нагнетательной скважины составляет r 0 . Количество цементного раствора в кольцевом пространстве ограничено его фронтом давления. Давление на фронте раствора p f принимается равным начальному давлению воды p w , а давление на пересечении затрубного пространства и горизонтальной плоскости, проходящей через ось нагнетательной скважины, — давление тампонирования давление р г .

    Обычно цементный раствор подается насосами, перемешивается в смесителе и впрыскивается в концентрическое кольцевое пространство через нагнетательную скважину. Для прохождения шлама через скважину требуется относительно короткое время; следовательно, время химической реакции цементной смеси можно считать равным времени впрыска. Кроме того, это исследование было сосредоточено на осевом течении в концентрическом кольцевом пространстве; таким образом, предполагается, что раствор мгновенно заполняет начальное кольцевое пространство высотой 2 r 0 после начала нагнетания цементного раствора.Следовательно, время прохождения раствора в кольцевом канале считается эквивалентным времени нагнетания, а именно времени химической реакции тампонажной смеси.

    Как показано на рис. 2(b), выбирается сечение, пересекающее нагнетательное отверстие и восходящий поток в кольцевом пространстве, и устанавливается прямоугольная система координат. Предполагается, что осевое течение в кольцевом пространстве симметрично относительно центра открытого кольцевого пространства между поверхностями трубы и отверстия, т. е. , если концентрический кольцевой канал достаточно узок [38, 39].При цементировании вертикального концентрического кольцевого пространства в условиях высокого давления грунтовых вод предполагается, что раствор аксиально проникает в кольцевое пространство в виде ламинарного потока. Элемент цементного раствора в центре открытого кольцевого пространства между трубой и поверхностями отверстия выбирается для анализа силового состояния, как показано на рисунке 2(b). В положении z , т. е. на расстоянии между точкой впрыска и элементом цементного раствора, уравнение равновесия элемента цементного раствора может быть выражено как где длина элемента цементного раствора, давление, приращение давления и — расположение симметричной плоскости течения шлама.

    Кроме того, профиль скорости на рис. 2(b) показывает, что осевой поток делится на внутреннюю и внешнюю части.

    2.2.1. Средняя скорость цементного раствора на участке

    Условие существует на участке , и связь между скоростью цементного раствора и скоростью сдвига удовлетворяет следующей формуле:

    Комбинируя уравнения (2) и (3), градиент скорости цементного раствора в выразить как

    Считается, что растекание цементного раствора в концентрическом кольце несжимаемо и ламинарно.Скорость фронта раствора получается путем интегрирования уравнения (4). Постоянные интегрирования исключаются с помощью граничного условия из-за условия нескользкости, наложенного на внутреннюю поверхность цилиндра. Тогда профиль скорости фронта цементного раствора по площади можно рассчитать как

    . Средняя скорость цементного раствора по площади может быть выражена путем интегрирования уравнения (5) в интервале следующим образом: где – средняя скорость цементного раствора в зоне цементного раствора.

    2.2.2. Средняя скорость цементного раствора в зоне

    Основываясь на аналогичном процессе расчета, средняя скорость цементного раствора в районе может быть выражена следующим образом:где — средняя скорость цементного раствора в зоне цементного раствора.

    Объединив уравнения (6) и (7), среднюю скорость пульпы в концентрическом кольцевом пространстве можно определить как

    В целом кольцевое пространство вокруг замораживающих скважин заполнено водой под высоким давлением из-за условий глубокого залегания. На некоторых угольных шахтах в районе Ордоса давление грунтовых вод в зоне цементации составляет примерно 5  МПа [24, 40], которое меняется в зависимости от глубины залегания. Изменение давления окружающей воды усложняет анализ давления на фронте раствора и затрудняет изучение осевого потока раствора.Кроме того, когда цементный раствор перемещается вертикально, сила тяжести является важным фактором, влияющим на распределение цементного раствора на начальном этапе цементного раствора, что приводит к асимметричному распределению цементного раствора в двух вертикальных направлениях, что затрудняет независимое от времени исследование всего процесса цементного раствора. Следовательно, при анализе процесса тампонирования можно пренебречь силой тяжести грунтовых вод и пульпы, т. е. давление воды в зоне цементирования остается постоянным. Таким образом, пульпа, нагнетаемая в кольцевой канал, будет распределяться на две равные по массе части, одна из которых движется вверх, а другая вниз.Для концентрического кольцевого цементирования соблюдается принцип сохранения массы, и соотношение между средней скоростью цементного раствора и расходом может быть выражено как где q — расход цементирующего раствора восходящего и нисходящего потоков вдоль концентрического кольцевого пространства.

    Подставляя уравнение (9) в уравнение (8), определяющее уравнение градиента давления вдоль направления распространения раствора в зоне цементации рассчитывается следующим образом:1. Режимы нагнетания

    В соответствии с уравнением (10) делается вывод о том, что основные аспекты, влияющие на процесс цементации, включают геометрию кольцевого пространства и реологию, скорость потока и давление нагнетания суспензионного материала. Применительно к конкретному случаю проекта первые два фактора могут быть определены на основе испытаний реологических свойств материалов для цементного раствора и анализа данных конструкции шахты; однако последние два фактора будут меняться в зависимости от времени нагнетания, которое определяется путем корректировки последовательности цементации.Эта регулировка достигается одновременным контролем расхода и давления закачки [41], как показано на Рисунке 3.


    Эволюция раствора на Рисунке 3, учитывая сначала контроль расхода, а затем контроль давления с перерывом в несколько минут между окончанием контроля расхода и началом контроля расхода показывает, что раствор нагнетается в трещину. Некоторые ключевые параметры, такие как расход, давление нагнетания и длина проникновения, рассчитываются на основе реальных значений реологических параметров цементного раствора.Если цементный раствор нагнетается в условиях контроля расхода, расход цементного раствора остается постоянным. С увеличением времени цементации цементный раствор продвигается вперед, а скорость проникновения снижается. Одновременно аналогичные явления обнаруживаются в давлении впрыска. Однако цементный раствор резко распространяется, когда цементный раствор нагнетается в условиях контроля давления. С дальнейшим увеличением времени затирки раствор продолжает продвигаться. Наоборот, поток раствора уменьшается с переменной скоростью затухания.Таким образом, процесс цементации трудно описать аналитическим решением для реологических шламовых материалов. Ким и др. предложил метод пошагового численного расчета для анализа процесса цементации в пористой среде с учетом переменной вязкости и уменьшения пористости в результате фильтрации. Чжан и др. предложил ступенчатый метод описания процесса тампонирования быстросхватывающегося раствора в трещине горной породы. На основе теории итеративного исследования [42–44] установлен метод пошагового расчета для описания процесса заливки кольцевого канала с учетом двух различных режимов заливки, т.е.е., условия контроля расхода и условия контроля давления нагнетания.

    3.2. Пошаговый метод расчета, соответствующий режимам нагнетания

    В зависимости от времени нагнетания, на каждом временном шаге область цементирования может быть разделена на ряд бесконечно малых элементов, которые заполняют размер концентрического цилиндрического кольца. Каждый элемент может быть представлен как , где j представляет количество временных шагов, соответствующих общему времени впрыска T (, j  = 1, 2, 3, 4, …), а i указывает временной шаг при введении суспензии элемента ( i  = 1, 2, 3, …, j ) [44].Для любого времени заливки элемент, соседний со скважиной для нагнетания, выражается как , а элемент на фронте цементации обозначается как , как показано на рисунке 4.


    граница, которая находится далеко от точки инжекции и близка к ней и представлена ​​соответственно и . Таким образом, высота бесконечно малого элемента может быть выражена как [44]

    . Чтобы описать распространение раствора в зоне цементации, сначала следует рассчитать изменения размера, давления и вязкости раствора в каждом элементе, а затем можно определить избыточное давление при заливке (давление при заливке минус давление грунтовых вод) в точке нагнетания, скорость потока при заливке и подачу раствора.Когда процесс цементации выполняется в условиях регулирования скорости потока, скорость потока цементации является постоянной. Положение частицы цементного раствора в заданное время впрыска можно определить в соответствии с уравнением сохранения массы. Кроме того, местоположение фиксированной точки в зоне цементации может быть выражено как функция времени впрыска и расхода цементации, а вязкость раствора может быть рассчитана в соответствии с реологией раствора. Основываясь на основном уравнении распространения цементного раствора, давление можно рассчитать в любой точке зоны цементного раствора [44].Однако, поскольку цементный раствор нагнетается в условиях контроля давления, давление нагнетания остается постоянным, а скорость потока постепенно уменьшается, а это означает, что расположение и геометрия кольцевого элемента не могут быть непосредственно оценены по закону сохранения массы. Силовой анализ будет использоваться для определения скорости потока, после чего можно будет рассчитать расположение и геометрию кольцевого элемента [44]. Тогда избыточное давление цементации может быть определено суммой сегментов давления всех элементов в цементируемой зоне в любой момент времени нагнетания, а распределение избыточного давления по ходу подачи цементного раствора будет получено в соответствии с уравнением осевого ламинарного течения.

    Как было указано ранее, определение расхода раствора каждого элемента является важным шагом для описания процесса распространения раствора [44]. При известных условиях регулирования расхода расход цементного раствора может быть выражен как функция времени нагнетания, а расход цементного раствора в течение временного интервала может быть получен следующим образом: где — функция расхода цементного раствора от времени нагнетания.

    В интервале времени впрыскивается цементная смесь и заполняет элемент . Согласно закону сохранения массы, расход раствора за время стойкости тампонирования равен объему элемента.Соотношение между начальным положением и конечным положением элемента можно определить с помощью

    . Поскольку временной шаг Δ t задан довольно небольшим, предполагается, что вязкость суспензии в бесконечно малом элементе линейно возрастает. Другими словами, вместо среднего значения вязкости частиц раствора на начальной и конечной границах можно использовать вязкость элемента. Тогда вязкость элемента может быть выражена как [44]где и – вязкость суспензии на начальной и конечной границах элемента соответственно. Поскольку время прохождения цементной смеси в нагнетательной скважине незначительно, время, необходимое частицам цементного раствора для перемещения от точки нагнетания до начальной и конечной границ, можно рассчитать как и соответственно. Вязкость пульпы на входе рассчитывается из

    Следовательно, вязкость пульпы в точке закачки считается всегда равной начальному значению. Другими словами, вязкость суспензии в точке впрыска можно записать как .

    Точно так же местоположение элемента также может быть указано средним значением местоположения двух границ, выраженным как [44]где и — расстояния распространения до начальной границы и конечной границы элемента соответственно.Для соседнего с точкой нагнетания элемента длина проходки на торцевой границе всегда равна радиусу нагнетательной скважины и может быть записана как .

    Чтобы вызвать движение цементного раствора, давление на конечной границе должно быть больше, чем на начальной границе. Разность давлений равна сегменту давления элемента . В этом случае на каждом шаге расчета связь между граничным давлением и сегментом давления может быть выражена как где – сегмент давления и может быть записана в виде следующего уравнения путем объединения уравнений (12)–(17):

    Раствор равен ограничивается участком от точки впрыска до фронта цементного раствора по длине проходки.При этом давление на фронте раствора и давление в точке нагнетания принимают равными давлению грунтовых вод и давлению тампонирования соответственно: где – давление на фронте раствора, – давление грунтовых вод. точка впрыска и давление цементации.

    Если раствор закачивался в кольцевой канал под постоянным давлением, расход раствора уменьшается со временем закачки; поэтому местоположение и размер элемента нельзя рассчитать напрямую с помощью уравнений баланса массы.Таким образом, расход цементного раствора в любое время впрыска должен быть получен путем анализа силы осевого потока, а затем можно рассчитать местоположение и размер элемента.

    На начальном этапе цементации с регулируемым давлением скорость потока обычно достаточно высока для поддержания постоянного давления нагнетания. Таким образом, суспензия будет нагнетаться в кольцевое пространство с очень высокой скоростью, чтобы заполнить область вокруг точки нагнетания. Ширина области, называемой начальным элементом, больше радиуса отверстия инжекции и может быть выражена как [44].Считается, что временем впрыска исходного элемента пренебрегается. Следовательно, вязкость пульпы в этой области можно принять равной начальному значению, которое можно записать в виде . В начальном элементе давление линейно уменьшается с продвижением цементации; таким образом, начальный расход тампонажа может быть выражен следующей формулой согласно (10): где — начальный расход тампонажа в режиме нагнетания с контролем давления.

    Кроме того, расход во время нагнетания может быть описан как средний расход нагнетания в интервале времени , и, таким образом, отношение расхода раствора и расхода нагнетания может быть задано как

    Во время нагнетания градиент давления в любой кольцевой элемент удовлетворяет уравнению (18), а сумма отрезков давления в каждом элементе равна разнице между давлением тампонирования в точке нагнетания и давлением окружающей воды и может быть записана как [44]где давление цементации во время впрыска.

    Объединяя уравнения (18) и (23), расход цементного раствора во время нагнетания можно выразить следующим образом: где — расход цементного раствора при нагнетании раствора в кольцевой канал в момент времени .

    Как было указано ранее, основные параметры, такие как расход раствора, вязкость раствора и сегмент давления в любом элементе элемента в цементируемой области, могут быть рассчитаны в соответствии с уравнениями (12)–(25) в соответствии с двумя нагнетательные режимы управления расходом и давлением, основанные на методе пошагового расчета, разработанном с использованием MATLAB.Следовательно, процесс цементации при различных режимах нагнетания в концентрическом затрубном пространстве может быть точно описан.

    На рис. 5 представлена ​​блок-схема пошагового метода расчета, в котором используются как режим регулирования расхода, так и режим регулирования давления. Во-первых, некоторые ключевые исходные параметры, такие как исходная вязкость раствора и реологические параметры, постоянный расход в режиме регулирования расхода или постоянное давление цементации в режиме регулирования давления, общее время закачки, временной шаг, радиус нагнетательной скважины и геометрия кольцевой канал и давление грунтовых вод вводятся в процесс пошагового расчета. Во-вторых, расход раствора за интервал времени рассчитывается по (12) при нагнетании раствора с постоянным расходом, либо начальный расход и расход раствора определяются по уравнениям (21) и (22) соответственно, когда условие давления впрыска адаптировано. В-третьих, в пошаговом алгоритме задаются начальные граничные условия, например, начальное положение зоны цементации , давление на фронте цементации и вязкость раствора в начальной зоне цементации . В-четвертых, рассчитываются вязкости пульпы на границах элемента и их среднее значение.Более того, скорость потока цементного раствора впоследствии получается с использованием (24), если применяется режим нагнетания с регулированием давления. Затем рассчитываются средняя длина проникновения цементного раствора, местоположение и сегмент давления элемента. Наконец, вычисленный шаг обновляется, и получают избыточное давление цементного раствора в точке нагнетания, длину проходки, а также распределения избыточного давления и вязкости раствора в направлении распространения цементного раствора в каждый момент времени нагнетания.


    4.Применение предлагаемого поэтапного метода
    4.1. Параметры расчета

    Для проверки применимости предложенного метода пошагового расчета, описывающего процесс цементации в концентрическом кольцевом пространстве, в данном исследовании была разработана компьютерная программа с использованием MATLAB, учитывающая два режима нагнетания: управление потоком и регулирование давления. Типы растворов, выбранные для этого расчета, включают два цементных раствора: цементно-силикатно-натриевый раствор (CSG) и цементный раствор (CG).Как правило, CSG представляет собой быстротвердеющий раствор, который превращается в гель в течение от десятков секунд до нескольких минут, в зависимости от двух основных параметров, а именно соотношения вода/цемент и объемного отношения цементного раствора к раствору силиката натрия (C : коэффициент S) [21].

    В этом исследовании соотношение вода/цемент и соотношение C : S выбраны равными 1 и 1 : 1 соответственно. Реологические свойства цементного раствора и его устойчивость обсуждаются во многих работах, основанных на экспериментальных испытаниях [45, 46]. Предполагается, что в качестве эталонного материала для цементного раствора цементный раствор ведет себя как ньютоновская жидкость, сохраняя постоянную вязкость на протяжении всего процесса цементирования.Параметры расчета двух условий расчета суммированы в таблице 1.


    4 0. 00125 м 3 / S

    Параметры Режим впрыска расхода
    CG CG CG CSG CG

    Радиус внешнего цилиндра, R o 0.10 m 910 м 0.10 м 0.10 м 0.10 м
    Радиус внутреннего цилиндра, R i 0,07 м 0,07 м 0,07 м 0,07 м 0,07 м
    , P P 10 KPA 10 KPA 0
    9 4 0,00125 м 3 / с
    Начальные давления подземных вод, P W 5 MPA 5 MPA 5 MPA 5 MPA
    Total Time, T 60 S 60 с 60 с 60 с
    Функция вязкости суспензии от времени химической реакции,  = 0.003182 T 2.23 + 0,04 PA · S 0,04 PA · S = 0,003182 T 2

    2 2.23 + 0,04 PA · S
    0,04 PA · S
    Шаг 0,05 с 0,05 с 0,05 с 0,05 с

    905 Результаты расчета режима впрыска с контролем расхода

    Результаты расчета режима впрыска с контролем расхода показаны на рисунке 6.

    На рис. 6(а) представлено распределение вязкости раствора при подаче цементного раствора при трех разных временах закачки: 15 с, 35 с и 55 с. Для CSG вязкость цементного раствора в зоне цементации значительно варьируется в зависимости от длины проникновения, обычно увеличиваясь от области, близкой к точке нагнетания, к области, удаленной от точки нагнетания. То есть вязкость раствора быстро увеличивается с увеличением подачи цементного раствора, когда быстротвердеющий цементный раствор вводят в кольцевой канал.Кроме того, кривые вязкости раствора и расстояния проникновения для разного времени нагнетания частично совпадают вблизи отверстия для нагнетания, что свидетельствует о том, что вязкость раствора стабильна в заданном положении в области нагнетания [21]. Это явление может быть связано с постоянным расходом цементации и фиксированным размером сечения кольцевого пространства. Время нагнетания растворных суспензий, движущихся от точки нагнетания к фиксированному положению, является постоянным, а вязкость цементных суспензий, соответствующих фиксированному положению, сохраняет определенное значение.С точки зрения CG, выбранного в этом исследовании, вязкость раствора не меняется в зависимости от времени нагнетания и подачи раствора, так что соответствующая кривая зависимости вязкости раствора от длины проникновения представляет собой прямую линию с постоянным наклоном.

    На рис. 6(b) представлены кривые распределения избыточного давления РГС в зоне цементации в три разных момента времени: 15 с, 35 с и 55 с. Для сравнения показаны пространственные распределения избыточного давления для ЦТ. Для раствора с изменяющейся во времени вязкостью (т.э., КСГ) давление затухает вдали от точки нагнетания, но после определенной длины проходки скорость затухания увеличивается, что контролируется законом изменения вязкости пульпы [21]. Поскольку время химической реакции между цементным раствором и раствором силиката натрия меньше времени закручивания, примерно 16 с, скорость увеличения вязкости раствора низкая, что приводит к медленному увеличению сопротивления и низкому соответствующему градиенту давления в направление проникновения раствора.Как только время химической реакции превышает время скручивания, скорость увеличения вязкости суспензии увеличивается, а движущая сила, необходимая для движения суспензии, увеличивается; это изменение характеризуется увеличением градиента давления. Чем больше площадь раствора с быстро растущей вязкостью внутри концентрического кольцевого канала, тем больше градиент давления, существующий вблизи фронта раствора. Для цементного раствора с постоянной вязкостью (т.е. CG) с увеличением длины проникновения давление в зоне цементного раствора уменьшается линейно, что сильно отличается от результатов CSG и объясняется наложенным эффектом осевой диффузии и его постоянной вязкости.

    На рис. 6(c) показаны изменения избыточного давления цементации в зависимости от времени впрыска для раствора с переменной вязкостью и раствора с постоянной вязкостью. Между двумя типами растворов избыточное давление при заливке изменяется в процессе заливки по-разному. С увеличением срока службы цементации давление впрыска CSG увеличивается, а скорость давления значительно увеличивается после определенного времени цементации из-за постоянной скорости потока и изменяющейся во времени вязкости CSG.И наоборот, давление закачки увеличивается линейно со временем цементации при использовании CG, но давление закачки уменьшается в десятки-сотни раз по сравнению с быстросхватывающимся раствором.

    4.3. Результаты расчета режима нагнетания с контролем давления

    В процессе цементации с режимом контроля давления постоянное давление было выбрано равным 10 кПа. Чтобы избежать чрезмерного расхода в начальный период инъектирования при нагнетании раствора, был использован соответствующий метод обработки: давление нагнетания вручную и постепенно увеличивалось от 0 до 10 кПа в интервале времени нагнетания 0∼1 с.

    Результаты расчетов режима нагнетания с регулированием давления показаны на Рисунке 7. На Рисунке 7(a) представлены длина проходки и расход цементного раствора в зависимости от времени нагнетания. При нагнетании раствора с изменяющейся во времени вязкостью в концентрическое кольцевое пространство скорость цементации резко снижается от высокого начального значения, примерно 0,25 м 3 /ч, и асимптотически снижается до менее 0,001 м 3 /ч. примерно в 16 с, т. е. время переключения. Кроме того, на изменение скорости потока существенно влияет подача цементного раствора. Когда время цементации меньше, чем время переключения, раствор эффективно распределяется, а длина проникновения немного увеличивается в процессе цементации. Однако, поскольку время цементации превышает время переключения, процесс цементации переходит в «неэффективную стадию», на которой диффузия цементного раствора почти прекращается. Что касается раствора с постоянной вязкостью, скорость цементации также значительно снижается с увеличением времени закачки, но асимптотически уменьшается до постоянного значения, равного примерно 0.0016 м 3 /ч. Это вызывает постоянное увеличение подачи цементного раствора во время процесса нагнетания.

    Распределение вязкости раствора при 15 с, 35 с и 55 с показано на рисунке 7(b). Вязкость цементного раствора увеличивается в направлении диффузии в зоне цементного раствора; кроме того, вязкость в фиксированном положении увеличивается со временем впрыска. Другими словами, три кривые вязкости на рис. 7(b) не совпадают, что разительно отличается от результатов процесса цементации в режиме постоянного расхода. Кроме того, с увеличением времени закачки снижается расход цементации; следовательно, время миграции цементной смеси из нагнетательной скважины в заданное положение увеличивается, вызывая увеличение вязкости цементного раствора в той же точке.

    Распределения избыточного давления закачанного CSG и CG в цементированной зоне на 15 s, 35 s и 55 s показаны на рисунках 7(c) и 7(d) соответственно. Избыточное давление снижается примерно линейно с увеличением расстояния от точки нагнетания, а давление цементации в точке нагнетания остается постоянным на протяжении всего процесса цементации, как показано Zhang et al.[44]. Следовательно, избыточное давление уменьшается примерно в направлении распространения, когда цементный раствор вводят в условиях постоянного давления, независимо от типа пути диффузии.

    5. Проверка численного моделирования заливки концентрического кольца
    5.1. Численная методология и выбор числовых параметров

    Коммерческое программное обеспечение конечных элементов Comsol Multiphysics использовалось для выполнения численного моделирования восходящего потока в процессе цементации вертикального концентрического кольцевого пространства. Была принята двухфазная модель закона Дарси. В этой модели плотность воды, вязкость воды, плотность цементного раствора и пространственная функция динамической вязкости раствора должны быть предоставлены пользователем. Параметры расчета, используемые в численном анализе, представлены в таблице 2.


    выбрано на нижней границе, P





    Параметры Режим впрыска расхода
    CSG CG
    Радиус внешнего цилиндра, R o 0.10 м 0.10 м 0.10 м
    Радиус внутреннего цилиндра, R I 0,07 м 0,07 м 0,07 м
    10 KPA
    скорость потока нанесена на нижней границе, 0,156 м / с
    Начальные подземные воды, P W 5,0 МПа 5. 0 MPA
    Общее время впрыска, T 60 S 60 S
    Функция вязкости суспензии длина проникновения, 0,04 PA · S

    Анализ цементации внутри концентрического кольца рассматривался как двумерная осесимметричная задача. В этом анализе использовался треугольный сетчатый элемент. Сетка была чрезвычайно тонкой, и максимальный размер сетки был равен 0.01 м. Кроме того, правая вертикальная граница и верхняя граница подвергались контролю давления и граничному условию отсутствия потока соответственно. Нижняя граница подвергалась контролю давления, когда применялась цементация с постоянным давлением, или регулировке потока, когда применялась постоянная скорость потока, как показано на рис. граница входа, длина проникновения раствора и распределение давления в зоне цементации были смоделированы в условиях постоянного расхода. Кроме того, во время процесса цементации под контролем давления были рассчитаны изменения расхода цементного раствора, длины проникновения цементного раствора и распределения давления в зоне цементного раствора.

    На начальном этапе закачки концентрическое кольцевое пространство заполнялось подземными водами под высоким давлением 5 МПа. Метод объемной доли был использован для описания распределения пульпы и воды в кольцевом пространстве, и связь между объемной долей грунтовой воды и пульпы во время закачки может быть выражена следующим образом [46]:где объем доля воды и объемная доля суспензии.

    5.2. Сравнение расчетных и численных результатов
    5.2.1. Инжекторный режим управления расходом

    На рис. 9 показано сравнение расчетных результатов и результатов численного моделирования в условиях управления расходом для CSG.

    Сравнение избыточного давления цементации в точке нагнетания показано на рисунке 9 (а), что указывает на то, что результат ступенчатого подхода согласуется с числовым результатом. В начальном процессе цементации наблюдается некоторое отклонение между расчетной кривой и числовой кривой, а максимальная ошибка моделирования для CSG составляет 10%.Однако с увеличением времени нагнетания погрешность расчета давления тампонирования становится менее 1 %, что свидетельствует о том, что ступенчатый алгоритм позволяет точно описать распространение раствора в концентрическом кольцевом канале. На рис. 9(b) представлено распределение избыточного давления (давление в зоне цементации минус давление грунтовых вод) CSG в зонах цементации через 15, 35 и 55 с. Прогнозы пошагового алгоритма хорошо согласуются с численными результатами в областях, близких к точке инжекции.Однако небольшое отклонение между расчетным давлением и смоделированными результатами наблюдается в областях, близких к фронту цементного раствора, где численные данные намного больше, что приводит к максимальной ошибке 5%. Это отклонение связано с тем, что граница между навозной жижей и водой моделируется как переходная зона, а не как четкое разграничение в процессе численного моделирования.

    5.2.2. Инъекционный режим регулирования давления

    На рис. 10 показано сравнение прогноза и результатов численного моделирования при постоянном давлении цементного раствора (CG).

    Распределения избыточного давления в цементированной зоне, заполненной цементным раствором, на 15, 35 и 55 с представлены на рис. 10(а). Хотя имеется хорошее соответствие прогнозных кривых, полученных по ступенчатому алгоритму, и численных данных, при удалении от точки закачки возникают незначительные отклонения. Рисунок 10(b) показывает, что прогнозные кривые кривой проникновения цементного раствора и скорости потока, полученные с помощью пошагового алгоритма, хорошо совпадают с полученными кривыми, полученными по результатам моделирования; однако между кривыми проникновения цементного раствора существует небольшое отклонение.Заниженное избыточное давление и продвижение раствора в цементируемой зоне являются результатом различий между допущениями в аналитическом прогнозе и процессами, происходившими при численном моделировании. Например, в прогнозировании времени шага было сделано предположение об отсутствии реакции или смешивании суспензии и воды; однако во время численного моделирования могло произойти физическое перемешивание, создающее переходную зону на фронте цементного раствора и недооценку длины проникновения.

    6.Выводы

    Техника заливки цементным раствором в задней стенке широко применялась для предотвращения затопления ствола, вызванного кольцевым каналом в замерзающих скважинах. В этой статье было выведено основное уравнение цементации концентрического кольцевого пространства, и для исследования цементации были выбраны два вида раствора: цемент и силикатно-натриевый раствор (CSG) с не зависящей от времени вязкостью и цементный раствор (CG) с постоянной вязкостью. процесс в концентрическом кольце.

    Для описания процесса цементации концентрического кольца предложен пошаговый расчетный метод, при котором зона цементации разбивается на бесконечно малые элементы в соответствии с заданным временным шагом.Некоторые ключевые параметры, такие как расположение, размеры, вязкость суспензии и градиент давления каждого элемента, были получены с помощью разработанной программы MATLAB. На этой основе были определены распределение давления и вязкости цементного раствора в зоне цементации, а также изменения давления нагнетания в точке цементации и скорости потока цементации.

    Два режима цементации (нагнетание с регулированием расхода и цементирование с контролем давления) были исследованы с применением предложенного пошагового алгоритма.И было глубоко выявлено распространение цементного раствора в концентрическом кольцевом пространстве. Результаты прогноза предложенного алгоритма и результаты численного моделирования, выполненного в этом исследовании, сравниваются и подтверждаются. В отношении двух режимов цементации данные расчета хорошо согласуются с данными численного моделирования. Однако между результатами двух методов в области, близкой к фронту цементного раствора, возникают небольшие расхождения из-за разницы между допущением в процессе пошагового расчета и процессами, происходящими при численном моделировании.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    [an error occurred while processing the directive]